در صورتی که ساختمان های فولادی طراحی مناسب و اجرای دقیق داشته باشند، مقاومت و شکل پذیری آنها نیز مطلوب خواهد بود. اما اگر از نیروهای متخصص برای این کار استفاده نشود یا اشتباهاتی در زمان ساخت صورت گیرد، به مقاوم سازی نیاز خواهند داشت. ساختمان های فولادی بیشتر مواقع در اثر بارهای لرزه ای به علت کمانش موضعی صدمه می بینند و همین امر موجب می شود که عملکرد خوبی نداشته باشند. این ساختمان ها ممکن است در اثر خوردگی به مقاوم سازی نیاز داشته باشند. مقاوم سازی ساختمان های فولادی روش های مختلفی دارد.

روش های مقاوم سازی ساختمان های فولادی و تیرهای فولادی

تیرها در سازه های فولادی نقش اعضای خمشی را دارند. در مسائل خمشی بخشی از مقطع تحت فشار است، به همین دلیل خطر کمانش در این قسمت وجود دارد. در این بخش دو حالت کمانش اتفاق می افتد. در حالت نخست، بال یا جان مقطع به صورت جدا و موضعی کمانش دارد. در حالت دوم، ممکن است کمانش کلی برای بخش فشاری مقطع اتفاق بیافتد. مشخصات هندسی مقطع و فاصله تکیه گاهی یا مهاربندی جانبی در پیشگیری از ایجاد کمانش نقش تعیین کننده ای دارند.

مقاوم سازی ساختمان های فولادی

 
اگر ویژگی های ابعادی نیم رخ در طراحی اعضای خمشی به شکلی باشد که نسبت عرض به ضخامت اجزای طراحی پایین تر باشد و شرایط فشردگی را برآورده نکند، بال یا جان مقطع به ناپایداری موضعی گرفتار می شود و در نهایت کمانش می کند. در این حالت عضو قابلیت باربری خود را نخواهد داشت. در مقاوم سازی ساختمان های فولادی، اگر طول تیر در فاصله میان دو تکیه گاه جانبی از یک حدی بیشتر شود یا در فاصله ای مناسب تکیه گاه جانبی نداشته باشد، پیش از این که تنش های خمشی در تیر به نقطه تسلیم برسند، بال فشاری تیر ناپایدار و تخریب می شود. این تخریب که به شکل ناگهانی است و در اثر بالا رفتن تنش فشاری در بال به وسیله خمش تیر از یک سو و خمش جانبی تیر به وسیله نگهداری نشدن آن و چرخش تیر به شکل ترکیبی از پیچش خالص از سوی دیگر ایجاد می شود را کمانش پیچشی جانبی تیر می نامند.

روش های مقاوم سازی ساختمان های فولادی و تیرهای فولادی در زمان طراحی اجزای خمشی، تمام ضوابط آئین نامه ای باید به وسلیه متخصصان لحاظ شود. مقطع نهایی از هر نظر ایمن طراحی می شود تا امکان وقوع کمانش پیچشی جانبی تیرهای فولادی کمتر شود. با این حال ممکن است در طی بهره برداری از سازه اتفاقاتی بیافتد که کفایت مقطع را به خطر بیاندازد. از این موارد می توان به وجود ضعف و اشکال در اجرای سازه، تغییر کاربری، آسیب دیدگی در اثر بلایای طبیعی و اعمال بارهایی بیشتر از بارگذاری پیش بینی شده اشاره کرد. در این موارد، باید از یکی از روش های مقاوم سازی ساختمان های فولادی استفاده شود.

روشهای مقاوم سازی ساختمان های فولادی در گذشته : 

از شیوه های مرسوم مقاوم سازی ساختمان فولادی و تقویت تیر فولادی در گذشته، می توان به اتصال ورق های فولادی اضافی با پیچ یا جوش به مقطع استفاده کرد. این شیوه با توجه به سنگینی صفحه ها و انعطاف پذیر نبودن آنها دشواری هایی را ایجاد خواهد کرد. اتصال ورق های اضافی با جوش هم موجب بالا رفتن تنش پسماند به عضو می شود.

مقاوم سازی ساختمان های فولادی با استفاده از FRP

معایب و مشکلات استفاده از روش های مقاوم سازی ساختمان های فولادی موجب شده است که مهندسان و متخصصان در پی راه کارهای جدید باشند تا بتوانند علاوه بر جبران ضعف عضو فولادی، از سایر جوانب دیگر مانند وزن، مقاومت، راحتی کاربرد و طول عمر نیز عملکرد خوبی داشته باشد. پیشرفت علم و تکنولوژی در دستیابی به ساخت مصالح نوین کمک کرده است. مقاوم سازی ساختمان های فولادی با کامپوزیت های پلیمری تقویت شده با الیاف FRP روشی مدرن و کارآمد در سال های اخیر بوده است.

ویژگیهای الیاف FRP : 

ویژگی های فیزیکی و مکانیکی این الیاف همراه با مزایای دیگری که دارد آن را برای مقاوم سازی ساختمان های فولادی مناسب کرده است. از مهم ترین ویژگی های این الیاف می توان به داشتن رفتار الاستیک خطی پیش از شکست ترد، مقاومت نسبت به وزن بالا، مقاومت در مقابل اثرات محیطی، اجرای ساده، دسترسی نامحدود در اندازه و شکل و همچنین عایق بودن آن اشاره کرد.

مقاوم سازی ساختمان های فولادی با استفاده از FRP

برای مقاوم سازی ساختمان های فولادی با استفاده از FRP، الیاف FRP روی اجزای سطع مقطع تیر فولادی گذاشته می شود که به این ترتیب موجب مهاربندی در برابر کمانش موضعی خواهد شد. با توجه به نوع سطح مقطعی که عضو دارد، وضعیت تکیه گاهی و ویژگی های ابعادی بال و جان مقطع می توان چیدمان های متفاوتی را برای جانمایی در مقطع تیر انتخاب کرد.

ضخامت و ابعاد الیاف FRP برای تقویت تیرهای فولادی با توجه عوامل گوناگون مثل شرایط محاسباتی و به صرفه بودن از نظر اقتصادی متفاوت است و می تواند به شکلی باشد که قسمتی از مقطع را بپوشاند یا برای تمام سطح مقطع انتخاب شود. از نتایج مقاوم سازی ساختمان های فولادی با استفاده از FRP می توان به بهبود ظرفیت کمانش پیچشی جانبی و افزایش بار بحرانی کمانش تیرهای فولادی اشاره کرد. به این وسیله می توان با به تأخیر انداختن کمانش پیچشی جانبی و کاهش تغییر مکان های جانبی ظرفیت باربری تیرهای فولادی را بالا برد.

مقاوم سازی ساختمان های فولادی با استفاده از ژاکت بتنی

در ساختمان های فولادی که به مقاوم سازی و بالا بردن شکل پذیری نیاز دارند، علاوه بر FRP می توان از ژاکت بتنی استفاده کرد. به کار بردن ژاکت بتنی در ستون ها موجب بالا رفتن سختی و افزایش مقاومت ستون فلزی و همچنین مقاومت بیشتر عضو در مقابل کمانش می شود. به کار بردن ژاکت بتنی در تیرهای فولادی موجب بالا رفتن ظرفیت خمشی و برشی تیرها خواهد شد. نکته مهم در استفاده از ژاکت بتنی این است که باید به رعایت ضابطه تیر ضعیف و ستون قوی دقت شود.

اهمیت اتصالات در زمان مقاوم سازی ساختمان های فولادی

بررسی صدمات وارد شده بر اتصالات در زمان زلزله ضروری است. صدمات اتصالات را می توان به صدمات تیر، ستون، جوش، اجزا و چشمه اتصال دسته بندی کرد. مشاهده وسیع این صدمات در اتصالات بر اثر زلزله بسیار هشداردهنده است. این نکته مهم در طراحی اتصالات باید در نظر گرفته شود که اتصال باید بتواند بیشینه نیروی قابل تحمل اجزا را تحمل کند. در صورتی که این مسئله در نظر گرفته نشود، اتصالات باید مقاوم سازی شوند. در مقاوم سازی ساختمان های فولادی به ویژه در قاب های خمشی اتصالات قسمت بسیار مهمی هستند.