مقاوم سازی تیر بتنی با FRP جهت رسیدن به عملکرد دلخواه از طریق افزایش ظرفیت باربری خمشی و برشی، افزایش مقاومت در برابر سایش، افزایش مقاومت در برابر خوردگی و حتی حرارت می باشد. برای مقاوم سازی تیر بتنی با FRPکه آرماتور آنها به دلیل حضور در شرایط نامساعد خورده شده اند، نیز میتوان از مصالح FRP استفاده کرد. بدین ترتیب تیر بتنی ضمن افزایش مقاومت خمشی و برشی، در مقابل شرایط محیطی خورنده نیز با استفاده از FRP محافظت می شوند.
در جریان مقاوم سازی ستون بتنی با FRP مقاومت فشاری ستون افزایش می یابد بدین ترتیب که می توان از سیستم هایFRP ، جهت ایجاد محصورشدگی از طریق دورپیچ کامل FRP و به طبع آن افزایش مقاومت فشاری ستون بتنی استفاده نمود. در حقیقت بتن محصور شده مقاومت فشاری بسیار بالاتری نسبت به بتن محصور نشده دارد زیرا محصور کردن ستون باعث ایجاد فشار جانبی بر بتن می شود و وجود فشار محیطی بر ستون بتنی سبب افزایش مقاومت فشاری آن می شود. این امر همچنین باعث افزایش شکل پذیری اعضا تحت ترکیب نیروهای محوری و خمشی می‌شود. در این وضعیت، الیاف حلقوی FRP مشابه تنگهای بسته یا خاموتهای مارپیچ فولادی عمل می‌کنند. در محاسبه مقاومت فشاری محوری عضو باید از سهم الیاف FRP موازی با راستای طولی آن صرف نظرگردد.
الیاف کربن CFRP یکی از پرکاربرد ترین الیاف در صنعت مقاوم سازی و کامپوزیت است. این الیاف بیشترین مقدار ضریب ارتجاعی را نسبت به الیاف شیشه و کولار دارد. ضریب انبساط گرمایی خطی این نوع الیاف در دماهای بالا و پایین بسیار کم می باشد که این مساله باعث پایداری ابعادی الیاف کربن در دماهای متفاوت می‌گردد. در بین مزایای مختلف الیاف کربن، برجسته ترین آنها مقاومت کششی فوق العاده نسبت به وزن آن است (کربن تقریبا یک سوم فولاد وزن و ۵ الی ۱۰ برابر آن مقاومت دارد). علاوه بر آن الیاف کربن مقاومت خوبی در برابر خستگی دارد. دوام و عمر طولانی در برابر مواد شیمیایی و نفوذ ناپذیری در برابر اشعه x از بارزترین خصوصیات الیاف کربن CFRP به شمار می‌رود. همچنین الیاف کربن رسانایی الکتریکی بسیار خوبی دارد و قابلیت بافت و تولید پارچه، ساخت کامپوزیت‌های سبک و مستحکم CFRP و پایداری در برابر حرارت آن را از سایر مواد مهندسی متمایز می‌سازد. فیبر کربن عنصری با دانسیته ۲٫۲۷g/cm3 است و اشکال بلوری مختلفی دارد. رشته الیاف کربن که از فیبرهای کربن تشکیل می‌گردد، به مراتب نازکتر از موی انسان در قطر بین ۶ تا ۱۰ میکرومتری می‌باشند. علیرغم حجم بالای استفاده از آنها، قیمت الیاف کربن هنوز نسبتاً بالا است. این مسئله باعث محدودیت فروش کامپوزیت CFRP می‌گردد.
به صورت کلی FRPترکیبی از دو ماده است. بخش اول آن ماتریس بوده و جز دیگر آن الیاف است. ماتریس خود از برخی مواد شیمیایی مانند رزین‌های اپوکسی و پلی استر تشکیل شده است. این مواد برای اقتصادی شدن و بهبود خواص، دارای افزودنی‌هایی هستند. نقش الیاف، تامین مقاومت مکانیکی کافی در FRP است. در حالی که ماتریس نقش باربری مکانیکی ندارد و تنها باید از الیاف در مقابل خوردگی و آسیب دیدن محافظت نماید. همچنین انتقال بار در FRP به کمک ماتریس انجام می‌شود. از دیگر کاربردهای ماتریس، کنترل کمانش موضعی الیاف تحت فشار است. بیشتر حجم FRP را الیاف تشکیل می‌دهند. عواملی مختلفی در بهره‌وری الیاف FRP تاثیرگذار هستند. از جمله این عوامل میتوان به موارد زیر اشاره نمود:
نوع الیاف
مقدار الیاف
نحوه قرارگیری الیاف
ضریب انتقال حرارت
این عوامل در مقاومت کششی، خمشی، برشی، خستگی و مقاومت در برابر الکتریسیته بسیار موثر هستند. همچنین این عوامل در میزان قیمت تمام شده محصول نیز بسیار پر اهمیت هستند.
الیاف FRP به دو شکل الیاف ورق یا لمینت FRP و میلگرد یا پروفیل FRP موجود است. پروفیل و میلگرد FRP به روش پالتروژن ساخته می‌شوند. در این روش دسته‌هایی از الیاف پس از آغشته شدن با رزین پس از عبور از یک قالب در کنار هم قرار گرفته و یک پروفیل دارای مقطع ثابت را به وجود می‌آورند. از عمده‌ترین مزایای روش پالتروژن چندمنظوره بودن آن و کاربردهای گوناگون آن در صنایع مختلف است. به عبارتی صرفاً با تغییر قالب دستگاه میتوان علاوه بر محصولاتی که در صنعت ساختمان کاربرد دارد، همانند انواع آرماتورها، محصولات گوناگون دیگری در حوزه‌های مختلف از جمله تسمه‌های ماشین نساجی، ریلها، محافظ اتوبانها، چارچوب پنجره‌ها و درها، تیرهای با مقطع I شکل، نبشی‌ها و غیره تولید نمود. عمر محصولات پالتروژنی بسیار بالاست و سرعت تولید یک محصول پالتروژنی نیز نسبتاً زیاد است. از نظر قیمت نیز با وجود اینکه یک تیر پالتروژنی قیمت ظاهری بیشتری نسبت به نمونه مشابه آهنی دارد؛ ویژگی هایی مانند مقاومت بالا در برابر خوردگی و زلزله و دوام آن می‌تواند توجیه‌کننده قیمت اولیه بالای آن باشد. در مصارف عمومی مانند ساخت سازه‌ها اگر نیاز به مقاومت در برابر خوردگی و زلزله وجود داشته باشد، استفاده از تیرهای پالتروژنی می‌تواند توجیه اقتصادی نیز داشته باشد.
مقاوم سازی ستون بتنی مطابق آیین نامه‌های طراحی باید از حداقل بعد عرضی کافی برخوردار باشند. زمانی که ستونهای بتنی دارای نسبت طول به عرض زیاد می‌باشند تحت خمش‌های دو محوره دچار خرابی می‌گردند.
تقویت ستون بتنی به منظور افزایش مقاومت محوری، خمشی و برشی و همچنین برای افزایش ظرفیت شکل‌پذیری ستون در نزدیکی محل اتصال به تیر و مقاوم نمودن محل وصله‌های ضعیف نیز صورت می‌پذیرد.
در ستون های بتن مسلح خرابیهای ناشی از زلزله مربوط به شکستهای ناشی از طول وصله ناکافی، شکستهای ناشی ازبرش، خمش و اندرکنش برش و خمش، شکست ستون کوتاه و گسیختگیهای ناشی از کمانش میلگردهای طولی می‌باشد.شکست تُرد و برشی ستونهای بتنی به دلیل ماهیت ناگهانی آن بدترین نوع شکست می‌باشد. به همین دلیل همواره سعی بر آن است که مکانیسم کنترل کننده خرابی ستون بصورت خمشی باشد و ستون نباید به عنوان عضوی ضعیف در قاب سازه‌ای عمـل نماید. در شکل 1 نمونه‌ای از شکست برشی ستون دیده می‌شود.
یش‌تنیدگی خارجی جزء روش‌های نوین مقاوم سازی تیر فولادی می‌باشد.کابل های پیش‌تنیدگی بکار گرفته شده برای این کار از همان نوع کابل‌ها و مفتول های متداول در کارهای پیش‌تنیدگی هستند. مقاوم سازی تیر فلزی بدین روش می‌تواند موضعی و یا کلی باشد. در حالت کلی نیروهای پیش‌تنیدگی که بـه سازه مقاوم شده القا می‌گردند، منجر به باز توزیع نیروهای داخلی گشته و باعث کاهش تنشها در اعضا نسبت به حالت اولیه آنها می‌شوند. با این حال ممکن است در برخی دیگر از اعضای سازه، پیش‌تنیدگی موجب افزایش تنش گردد. به همین دلیل در استفاده از پیش تنیدگی خارجی باید آنالیز تنش در سازه مقاوم سازی شده به دقت مورد بررسی قرار گیرد. جدا از مسئله مهارها، به هنگام استفاده از کابلهای پیش‌تنیدگی یک سری المانهای اضافی که اکثراً شامل انواع مختلفی ازسخت کننده هاست، مورد نیاز است. این امر بویژه در پیش‌تنیدگی موضعی دیده می‌شود زیرا پیش‌تنیدگی، نیروهای متمرکز جدیدی شامل نیروهای محوری اضافی در اعضا بوجود می‌آورد، بنابراین اعضا باید بصورت موضعی برای حفظ پایداریشان تقویت شوند. نمونه‌ای از روش‌های تقویت تیر فولادی
عمده خرابی موجود در ستون های فلزی شامل کمانش موضعی و کلی و گسیختگی در محل درزها و وصله‌ها می‌باشد. این آسیب های نیاز به مقاوم سازی ستون فولادی زا نشان می دهد. در شکل (1) نمونه‌هایی از خرابی ستونهای فولادی نشان داده شده است.
از جمله راه های مقاوم سازی ستون فولادی، اضافه نمودن ورق پوششی به بال ستون می‌باشد. این روش در شکل 2 نشان داده شده است. در این روش با افزایش ضخامت بال از کمانش موضعی بال ستون نیز جلوگیری می‌گردد.
اضافه نمودن ورق موازی با جان ستون و تبدیل آن به مقطع جعبهای منجر به مقاوم سازی ستون فولادی می‌شود. این روش در شکل 3 نشان داده شده است. اضافه نمودن ورق موازی با جان ستون، افزایش ممان اینرسی درامتداد موازی با جان را در پی دارد.
این روش برای مقاوم سازی مقاطع فولادی باز مانند مقاطع I و H بکار می‌رود. با محصور نمودن ستون فولادی، سختی آن افزایش یافته که این امر موجب بالا رفتن سختی برشی نیز می‌گردد. برای بالا بردن سختی خمشی ستون، باید روکش بتنی ستون فولادی در طبقات مختلف پیوسته باشد.
ترمیم ستون فلزی خورده شده با استفاده از ژاکت بتنی به عنوان راه حلی موثر توصیه می‌گردد (شکل 5). تقویت ستون فولادی با این روش در برابر آتش‌سوزی نیز مقاومت خوبی خواهند داشت.
در ساختمان های با قاب خمشی، اتصال صلب تیر به ستون عامل اصلی باربری جانبی سازه می‌باشد. خسارات وارده به این نوع قاب‌ها در ناحیه اتصال تیر به ستون رخ می‌دهد. در گذشته تحقیقات و در نتیجه دستورالعمل‌های آیین نامه‌ای در اتصالات بتنی بسیار محدود بود و در نتیجه مهندسین کمتر به جزئیات این ناحیه توجه می‌کردند و تنها خود را ملزم به رعایت تأمین طول مهاری کششی برای میلگردهای منفی تیر می‌دانستند. همچنین جزئیات سخت در آرماتوربندی ناحیه اتصال و اجرای ضعیف آن منجر به نامناسبی رفتار این جزء سازه‌ای شده است. نمونه ای از مقایسه جزئیات آرماتوربندی صحیح و ناصحیح اتصال بتنی تحت بارهای رفت و برگشتی در شکل 1 نشان داده شده است.
ه منظور شناخت بهتر از رفتار لرزه ایاتصالات بتنی در اشکال شکل 2 و شکل 3 نمونه‌ای از آزمایش انجام شده بر روی اتصال بتنی کناری و میانی تحت بار دینامیکی رفت و برگشتی به همراه منحنی نیرو -تغییرمکان و شکل خرابی آنها تحت تغییرمکانهای مختلف نشان داده شده است. مقایسه دو شکل بیانگر رفتار ترد نمونه شکل 2 نسبت به نمونه شکل 3 است.
بدلیل عدم شناخت کافی از رفتار اتصالات، بسیاری از آسیب های ایجاد شده درسازه ها از ضعف در طراحی یا اجرای اتصالات ناشی می‌شود. بنابراین بررسی آسیب‌های وارد شده براتصالات در اثر زلزله‌های گذشته امری ضروری می‌نماید. آسیب های اتصالات در اثر زلزله‌های گذشته را میتوان به آسیب های تیر، ستون، جوش، اجزا و چشمه اتصال طبقه‌بندی نمود. آسیب های وارده به اتصال ممکن است یکی از انواع فوق و یا چند نوع مختلف باشد. مشاهده وسیع اینگونه آسیب ها در اتصالات براثر زلزله‌های گذشته بسیار هشداردهنده می‌باشد.
انواع خرابی‌ها و صدمات وارده بر ناحیه اتصال در حین زلزله به صورت زیر طبقه‌بندی می‌شوند: (الف) خرابی در تیرها (G) (ب) خرابی در بال ستونها (C) (پ) خرابی در جوش (W) (ت) خرابی در ورق برشی جان (S) (ث) خرابی در چشمه اتصال
استفاده از ماهیچه
اضافه کردن این ماهیچه باعث انتقال مفصل پلاستیک از بر ستون به داخل تیر می‌گردد. اضافه نمودن ماهیچه در صورت امکان بهتر است تنها در بال پایینی صورت گیرد زیرا تجربیات حاصل از زلزله، مبین شروع خرابی از بال تحتانی تیر است و همچنین اضافه نمودن ماهیچه در بال بالایی مستلزم خراب نمودن دال می‌باشد.
لچکیهای قائم در بال فوقانی و تحتانی
تقویت اتصالات فلزی صلب با لچکیهای قائم است. تعداد لچکیها می‌تواند یک و یا دو عدد باشد.
استفاده از ورق کناری (ورق گونه)
در این روش نیروهای کششی و فشاری بال های فوقانی و تحتانی تیر به کمک ورق‌های گونه به ستون انتقال داده می‌شود.
استفاده از مقطع T شکل
با استفاده از مقاطعT شکل میتوان اتصال فولادی را مقاوم سازی نمود. در بعضی از موارد مقطع را تنها در بال پایینی اتصال اجرا می‌نمایند که با استفاده از این روش میتوان بدون تخریب دال اتصال را مقاوم سازی نمود. ورق‌های پیوستگی را در امتداد مقاطعT شکل نیز باید اجرا نمود
بدلیل عدم شناخت کافی از رفتار اتصالات، بسیاری از آسیب های ایجاد شده درسازه ها از ضعف در طراحی یا اجرای اتصالات ناشی می‌شود. بنابراین بررسی آسیب‌های وارد شده براتصالات در اثر زلزله‌های گذشته امری ضروری می‌نماید. آسیب های اتصالات در اثر زلزله‌های گذشته را میتوان به آسیب های تیر، ستون، جوش، اجزا و چشمه اتصال طبقه‌بندی نمود. آسیب های وارده به اتصال ممکن است یکی از انواع فوق و یا چند نوع مختلف باشد. مشاهده وسیع اینگونه آسیب ها در اتصالات براثر زلزله‌های گذشته بسیار هشداردهنده می‌باشد.
انواع خرابی‌ها و صدمات وارده بر ناحیه اتصال در حین زلزله به صورت زیر طبقه‌بندی می‌شوند: (الف) خرابی در تیرها (G) (ب) خرابی در بال ستونها (C) (پ) خرابی در جوش (W) (ت) خرابی در ورق برشی جان (S) (ث) خرابی در چشمه اتصال
استفاده از ماهیچه
اضافه کردن این ماهیچه باعث انتقال مفصل پلاستیک از بر ستون به داخل تیر می‌گردد. اضافه نمودن ماهیچه در صورت امکان بهتر است تنها در بال پایینی صورت گیرد زیرا تجربیات حاصل از زلزله، مبین شروع خرابی از بال تحتانی تیر است و همچنین اضافه نمودن ماهیچه در بال بالایی مستلزم خراب نمودن دال می‌باشد.
لچکیهای قائم در بال فوقانی و تحتانی
تقویت اتصالات فلزی صلب با لچکیهای قائم است. تعداد لچکیها می‌تواند یک و یا دو عدد باشد.
استفاده از ورق کناری (ورق گونه)
در این روش نیروهای کششی و فشاری بال های فوقانی و تحتانی تیر به کمک ورق‌های گونه به ستون انتقال داده می‌شود.
استفاده از مقطع T شکل
با استفاده از مقاطعT شکل میتوان اتصال فولادی را مقاوم سازی نمود. در بعضی از موارد مقطع را تنها در بال پایینی اتصال اجرا می‌نمایند که با استفاده از این روش میتوان بدون تخریب دال اتصال را مقاوم سازی نمود. ورق‌های پیوستگی را در امتداد مقاطعT شکل نیز باید اجرا نمود
عضو شوید
عضویت سریع
آمار مطالب
آمار بازدید
