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
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.
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
پس از بررسی آسیب های متداول در اتصالات جوشی و ارائه ضوابط مهم برای طراحی ورق های تقویت چشمه اتصال و ورقهای پیوستگی و نحوه محاسبه نیروها در مقاطع بحرانی اتصال، در این بخش به معرفی روشهایمقاوم سازی اتصالات جوشی متداول میپردازیم.
استفاده از ورق روسری و زیر سری مضاعف
در صورتی که از جوش ورقهای زیرسری و روسری به ستون اطمینان نداشته و یا در حین زلزله بـه آنها صدمه وارد آمده باشد، استفاده از ورقهای زیرسری و روسری مضاعف (شکل 8) میتواند در برنامه کارقرار گیرد.
در صورتی که هیچ اطمینانی از جوش ورق روسری موجود به ستون نباشد و یا این جوش از بین رفته باشد، ضخامت ورق روسری و زیرسری باید برای لنگر پلاستیک تیر طراحی شود. اما اگر اضافه کردن ورق زیرسری و روسری به منظور تقویت اتصالات فلزی وضعیت موجود باشد، ضخامت آن بر حسب قضاوت تعیین میگردد.
این روش یکی از نوینترین روش های مقاوم سازی و بهسازی اتصالات فولادی که در سالهای اخیر توسعه یافته است. کابل با مقاومت بالا معمولاً در قسمت میانی تیر تعبیه میگردد. این روش را با چهارکابل نیز میتوان اجرا نمود. حسن استفاده از چهار کابل این است که با از بین رفتن یک کابل عملکرد اتصال مختل نمیگردد. مقاومت برشی اتصال توسط دو نبشی که در قسمت فوقانی و تحتانی قرار دارد و نیروی اصطکاکیبین تیر و ستون که به علت پیشتنیدگی کابل نیز افزایش یافته، تامین میگردد. جدایی تیر از ستون منجر به جذب انرژی میگردد، زیرا با جداشدگی تیر از ستون کابلها به کشش افتاده و عملکرد غیرخطی کابل ها باعثجذب انرژی میگردد. استفاده از این روش منجر به افزایش مقاومت، سختی و شکلپذیری اتصال میگردد. در استفاده از این روش بعضی از مشکلات مانند تسلیم شدن کابل ها، کمانش موضعی تیر و … وجود دارد. از محاسن این روش می توان به: – یکسان سازی عملکردی غیرخطی اجزای سازه ای و در نتیجه محدود نمودن نیروهای لرزه ای به وجود آمده و فراهم نمودن میرایی اضافی برای سازه – برگشت سیستم به حالت اولیه بعد از ایجاد تغییرشکلهای به وجود آمده در اثر بارهای لرزهای – کاهش و یا خذف خسارت های شدید به المانهای سازهای اصلی اشاره نمود.
دال ها عملاً وظیفه تحمل بارهای قائم را دارا میباشند ولی چون عملکرد دیافراگم افقی را نیز دارند، باید بـا اعضای مقاوم جانبی سازه اتصال داشته و از سختی و مقاومت کافی برخوردار باشند. راهکارمقاوم سازی دال بتنی: آسیبهای دال معمولاً در قسمت های نامنظم آن مانند محل برخورد با راه پله، دیوار برشی و یا در نزدیکی بازشوهای کف مشاهده میشوند.
اصلاح دال ها نسبت به سایر اعضای سازه سادهتر میباشد و در صورتی که دال به هر دلیلی مقاومت لازم در برابر بارهای وارد بر آن را نداشته باشد میتوان از روشهای بسیار سادهای برای تقویت آن استفاده کرد.
برای تعمیر دال بتنی و ترکهای موجود در بتن، مواد پلیمری اپوکسی یا دوغاب سیمان را میتوان در داخل ترک ها تزریق نمود.
برای خردشدگی بتن و کمانش و شکست میلگردها باید از راهکارهای تعویض استفاده نمود.
ترمیم دال را میتوان مطابق شکل 1 انجام داد. بدین گونه که بعد از جدا نمودن مصالح آسیب دیده، آرماتورهای جدید جایگذاری و به آرماتورهای موجود جوش میگردند. مشخصات بتن جدید باید شبیه به بتن موجود باشد. در مکان هایی کـه خـوردگی شدید باشد، آرماتورهای جدید جایگذاری شده نباید نو و بدون خوردگی باشند، چرا که آرماتورهای جدید و قدیم بـا یکدیگر تـشکیل پیل الکتریکی میدهند که این امر منجر به خوردگی شدید آرماتورها میگردد.
در مواردی که مقاومت و سختی دال کم باشد، با افزایش ضخامت آن میتوان این عیب را رفع نمود. بتن و میلگردهای جدید بر روی سطح و یا زیر دال موجود میتواند اجرا گردد .
در روشی که افزایش ضخامت از قسمت فوقانی آن صورت میگیرد، مقاومت خمشی نیز افزایش مییابد، زیـرا علاوه برافزایش عمق مؤثر،آرماتورهای منفی نیز اضافه میگردند.
در روش دیگر که افزایش ضخامت از قسمت زیرین دال میباشد، مقاومت خمشی به علت افزایش آرماتورهای کششی اضافه میگردد.
با بتن ریزی معمولی میتوان ضخامت دال را از قسمت فوقانی افزایش داد، ولی برای افزایش ضخامت دال از قسمت تحتانی آن بهتر است از روش بتن پاشی استفاده نمود.
با افزایش ضخامت از روی دال، سختی مورد نیاز برای عملکرد دیافراگمی کف نیز افزایش یافته و بـه طور کلی این روش نسبت به روش افزایش ضخامت از قسمت تحتانی دال، روش متداولتر و آسانتری میباشد.
اگر افزایش ضخامت دال از قسمت تحتانی آن صورت گیرد، برای بهبود عملکرد دیافراگمی باید تیرها نیز با ژاکت بتنی تقویت شوند.
هر تغییری در ساختار و ابعاد پی، شامل مقاوم سازی فونداسون می شود. مقاوم سازی عموما در شرایط محدود شده و نامساعد انجام می شود، در نتیجه مشکلات و پیچیدگی های خاص خود را دارد.
گسیختگی های موجود در پی ساختمان ها به دو صورت نهان و یا قابل مشاهده ایجاد می شوند. قسمت های قابل مشاهده به شکل خرد شدگی و …
آشکار است و قسمت های نهان به دلیل نشست، تورم خاک، ناپایداری ساختمان و … ایجاد می شوند و با گذشت زمان به شکل گسیختگی های قابل ملاحظه در می آیند.
معمولترین موارد آسیبپذیری فونداسیون و پی به قرار زیر است:
آسیبپذیری فونداسیون
– وجود نیروی کششی بلند کننده
– عدم کفایت ظرفیت خمشی یا برشی (برش خمشی یا برش سوراخ کننده) مقطع پی
– تهاجم مواد شیمیایی مضر موجود در خاک و آب زیرزمینی به بتن پی
– عدم کفایت مقاومت جانبی برای تحمل نیروهای جانبی وارد بر پی
– وجود نیروی فشاری یا کششی بیش از ظرفیت سازهای در شمع ها
– وقوع تنش فشاری بیش از ظرفیت باربری پی در زیر فونداسیون
– وجود نیروی فشاری یا کششی بیش از ظرفیت ژئوتکنیکی سازهای در شمعها
– وجود نشستهای زیاد و غیرقابل قبول در پی
– وجود پتانسیل روانگرایی، ماسه سریع و تورم در خاک زیر فونداسیون
– عدم پایداری ساختگاه سازه، مخصوصاً برای ساختمانهایی که بر روی زمینهای شیبدار احداث شدهاند.
روند مطالعات ارزیابی شرایط پی و شالوده شامل موارد زیر میباشد:
– تحقیق اسناد و بایگانی مدارک طراحی ساختمان برای گزارش مکانیک خاک
– بررسی خاکها در قالب نمونهگیری و انجام آزمایش های مرتبط، اندازهگیری سطح آب زیرزمینی و میزان فشار آب
– برآورد ابعاد پی ساختمان و شالوده دیوارها. در صورت لزوم بعضی از پی ها تحت گمانهزنی قرار گرفته و در این گمانهها میزان زوال مصالح را بررسی میکنند.
– بررسی آثار نشست پی شامل شکلگیری ترکها و کج شدن دیوارها، برآمدگی مناطق مجاور و مسیرهای قائم و افقی پی
– کسب اطلاعات لازم از هندسه، پیکربندی و نقشههای اجرایی ساختمان و شالوده و بارگذاری
– مدلسازی و تحلیل
– ارزیابی
– ارائه طرح مقاوم سازی شالوده
جهت تامین ظرفیت و عملکرد مورد انتظار، تقویت، ترمیم و مقاوم سازی دیوار بتنی و نیز بنایی میتوان از سیستم FRP استفاده کرد. استفاده از سیستم مقاوم سازی دیوار برشی با FRP، ضمن افزایش مقاومت خمشی و برشی، باعث توزیع تنش در کل صفحه به جای تمرکز در یک نقطه خاص میشود. لذا دیوار در مقابل بارهای جانبی دینامیکی و رفت و برگشتی زلزله و محیط های مستعد خوردگی محافظت میگردد.
در مجموع میتوان با مصالح FRP به موارد زیر دتسترسی پیدا کرد:
از جمله راه های مقاوم سازی تیر فولادی، تقویت با روکش فولادی میباشد. این روش در شکل 1 نشان داده شده است. با افزایشضخامت بال از کمانش موضعی بال تیر نیز جلوگیری شده است.
برای تقویت برشی جان تیر میتوان از دو روش استفاده نمود:
1- اضافه نمودن ورق های موازی با جان تیر
2- اضافه نمودن سخت کننده های جان
اضافه نمودن ورقهای موازی با جان تیر
اضافه نمودن ورقهای موازی با جان تیر که منجر به افزایش مقاومت برشی میشود. این روش در شکل 2 نشانداده شده است.
اضافه نمودن سخت کننده های جان
استفاده از ورقهای سخت کننده جان که این روش در شکل 3 نشان داده شده است.
استفاده از سخت کنندههای جان یکی از مؤثرین روشهای افزایش مقاومت برشی تیر میباشد. سخت کنندههای عرضی ورقهایی هستند که به صورت تیغههای قائم و در فواصل معینی از یکدیگر قرار داده میشوند و به جان و بال فشاری جوش میشوند.
یکی دیگر از کاربردهای FRP افزایش مقاومت موضعی تیرهای دارای سوراخ (معمولا تأسیساتی) میباشد. در این روش میتوان اطراف سوراخها را بطور موضعی با FRP تقویت کرد.
مقاوم سازی از طریق سیستم مهاربندی اصولاً به این جهت مورد استفاده قرار میگیرد که بتوان از ظرفیت باربری سیستم FRP نهایت استفاده را برد. گسیختگی های ناشی از جداشدگی لایههایFRP عموماً در اثر نبود چنین سیستمی میباشد. در این روش از دور آرماتور کردن کامل انتهای FRP توسط نوارهایی از FRP استفاده میگردد.
با توجه به اینکه معمولاً، ناحیه فوقانی تیرهای موجود به دلیل وجود دال، قابل دستیابی نیستند، از نوارهایی که فقط سطوح پایینی و جانبی تیر را میپوشانند استفاده میگردد. از سایر روش ها نیز میتوان به استفاده از آرماتورهای مخصوص در انتهای لایهFRP نام برد. این روش یکی از اولین روشها بوده که جهت نصب و مهاربندی صفحات فولادی مورد استفاده قرارمیگرفت. بر اساس مطالعات انجام شده، این روش بر روی لایههای کامپوزیتی نیز مناسب بوده و اثر مثبتی از خود نشان میدهد ولی مشکلی که ایجاد میکند سوراخ شدن لایه FRP بوده که اثر نامطلوبی بر عملکرد آن خواهد داشت و باعث ایجاد تمرکز تنش در FRP میگردد.
شکستهای برشی و خمشی، دو حالت عمده شکست در تیرهای بتنی میباشند. شکست خمشی عموماً نسبت به شکست برشی، ارجح است زیرا رفتار شکلپذیرتری از خود نشان میدهد. شکست نرم امکان پخش مجدد تنش را فراهم میآورد و به کاربران و حاضران در محل نیز فرصت بیشتری برای پی بردن به وضعیت بحرانی تیر میدهد. همچنین خرابی تیر بتن مسلح میتواند به علت تهاجم یونهای شیمیایی صورت بگیرد. در شکل 1 خرابی تیرها در اثر تهاجم یونهای شیمیایی و تأثیر نیروهای لرزه ای نشان داده شده است. آسیب هایی از این قبیل نیاز به مقاوم سازی تیر بتنی را افزایش می دهد.
برای تقویت خمشی تیر بتنی میتوان ورقهایی به ضخامت کم را با رزین اپوکسی به وجه کششی تیر چسباند. چسباندن ورق به وجه قائم تیرها در نزدیکی تکیهگاه ها موجب افزایش ظرفیت برشی و چسباندن ورق به بال تحتانی موجب افزایش ظرفیت خمشی تیرمیگردد (شکل 4). در صورت نیاز به استفاده از ورقههایی با ضخامت بیشتر باید از آرماتورها و بولت های مهاری برای انتقال برش استفاده نمود. در این حالت نیز توصیه میشود ابتدا ورق فولادی با چسب اپوکسی چسبانده شده و بعد آرماتورها به صورت میانگذار یا کاشته شده مورد استفاده قرار گیرد.