امروزه مقاوم سازی ساختمان ها یکی از بحث های مهم در میان سازندگان و مهندسان ساختمان می باشد، به دلیل آن که بسیاری از اوقات نمی توان سازه را بنا بر دلایل محتلفی تخریب کرد یا هزینه تخریب و ساخت دوباره سازه بسیار بالاتر از مقاوم سازی می باشد.
سازه های بتنی از اهمیت بسیاری بر خوردار اند و در سطح شهر ها برای کاربری های متفاوت از سازه های بتنی استفاده می کنند. لازم به ذکر است که مقاوم سازی سازه های بتنی از اهمیت بسیاری بر خوردار اند و می توان سازه های بتنی که عمر آن ها بالا می باشد یا سازه هایی را که جدیدا ساخته شده اند و با مشکلات متعددی روبه رو شده اند را مقاوم سازی کرد و از سازه ها بهره برداری کرد.
مقاوم سازی سازه های بتنی با روش های متفاوتی صورت می گیرد که در زیر به آن ها اشاره شده است :
در این مقاله برای شما به مقاوم سازی با frp پرداخته ایم ،پس تا انتهای مقاله با ما همراه باشید.
چهار دلیل که سبب می شود ساختمان ها عملکرد لرزه ای مناسبی نداشته باشند عبارتند از:
ضعف در اجرا و ساخت سازه ساختمان یکی از دلایل آسیب پذیر بودن آن در برابر پدیده زلزله می باشدفرسودگی ساختمان و آسیب های وارد آمده به سازه آن در طی زمان می تواند ساختمان را در برابر زلزله بسیار آسیب پذیر کنددر دسترس نبودن یا فقدان آیین نامه طراحی لرزه ای به هنگام ساخت ساختمان متاسفانه بسیاری از سازه های موجود بر مبنای آیین نامه ها و استانداردهایی که در گذشته تدوین شده است ساخته شده اند. بسیاری از این ساختمان ها به دلیل ضعف های موجود در آیین نامه ها در برابر زلزله آسیب پذیر می باشند
بنابراین برای جلوگیری از حوادثی همچون واژگونی یک ساختمان در هنگام زلزله و کاهش خسارت جانی و اقتصادی باید چاره ای اندیشید. هزینه بالای تخریب و ساخت یک ساختمان جدید و اهمیت تاریخی ساختمان های قدیمی، بسیاری از مالکان خانه های مسکونی و دولت ها را بر آن داشته است تا به راهکار مقاوم سازی ساختمان موجود و بهبود عملکرد آن در برابر زلزله را انتخاب کنند.
برنامه ریزی مرمت یا مقاوم سازی مستلزم روش های فنی و اقتصادی است. یک مقاوم سازی جزئی با کاهش همزمان بارهای سرویس گاهی اوقات ممکن است اقتصادی ترین راه حل باشد و یا گاهی اوقات تخریب و ساخت مجدد یک بنا به طور کامل می تواند راه حل اقتصادی باشد
مزایا، معایب و کاربرد الیاف اف آر پی در مقاوم سازی و تعمیر سازه های بتنی توان بخشی (بهسازی)، روند و شیوه تعمیرکردن یا اصلاح کردن یک سازه به منظور دستیابی به شرایط بهرهبرداری جدید و یا افزایش عمر مفید بهرهبرداری آن است. در واقع ما در طرح و اجرای مقاوم سازی به دنبال حصول شرایط جدید در سازه بتنی از نظر بهره برداری و یا بارگذاری می باشیم. عملیات مقاوم سازی می تواند به علل زیر مورد نیاز باشد :
واضح است که در گزینه اول ما نیازمند آن باشیم که به علت اشتباهات در طرح و اجرا الان دارای آن نبوده و نیازمند آن باشیم که بخواهیم به آن برسیم . مانند زمانی که بتن نتوانسته مقاومت لازم را کسب نماید ، یا زمانی که ابعاد عضو باربر کوچک تر از ابعاد مورد نیاز اجرا گردیده است.
هم چنین این امر می تواند زمانی اتفاق بیافتد که ستون به صورت خارج از محور و یا دچار پیچش شده است. در چهار گزینه بعد ، سازه در شرایط موجود مشکلی نداشته و شرایط جدید بهره برداری ایجاب می کند که تغییراتی از منظر باربری در سازه ایجاد گردد. به طور مثال سازه در زمانی طراحی و اجرا می گردد و پس از چند سال تغییراتی در آیین نامه طراحی مانند آیین نامه ۲۸۰۰ داده می شود که نیازمند اصلاح استراکچر سازه می باشد.
برای مثال ما سازه ایی داریم که اکنون عمر مفید آن به پایان رسیده و یا در شرف اتمام است و ما تصمیم داریم چند سال دیگر از سازه بهره برداری نماییم. هم چنین ممکن است ما سازه و ساختمان داشته باشیم که طرح و اجرای ان براساس ساختمان مسکونی انجام شده باشد و در آینده ما تصمیم بگیریم از آن کاربری آموزشی و یا اداری داشته باشیم. در خصوص گزینه آخر می توان ساختمانی را متصور شد که چند سال پس از احداث بنا به تغییرات قوانین و یا توجیهات اقتصادی تصمیم گرفته می شود طبقاتی به سازه اضافه گردد که قبلا پیش بینی نشده است
در کل برای آن که بتوانیم از سازه استفاده کنیم باید میزان باربری سازه مورد نظر را چه در تحمل بارهای جانبی و چه در تحمل بارهای ثقلی افزایش دهیم و المان سازه ایی سازه را کنترل کنیم و به این اطمینان برسیم که آیا در سازه امکان افزایش باربری وجود دارد؟آیا با روش هایی که می خواهیم باربری سازه را افزایش دهیم، خطراتی را برای سازه به دنبال خواهد داشت یا خیر؟
در همه این موارد ما نیازمند این هستیم که باربری سازه را افزایش و به نقطه B برسانیم. امروزه روش های مختلفی برای مقاوم سازی و تقویت سازه های بتنی وجود دارد. هر یک از روش ها دارای مزایا، معایب و محدودیت هایی می باشند. از جمله مهمترین عوامل مؤثر در انتخاب روش تعمیر می توان به ابعاد و محدودیت های ابعادی در روش تعمیر، محدودیت های معماری، محدودیت های افزایش باربری، محدودیت های زمانی، محدودیت های بهره برداری اشاره کرد
سازه های بتنی با این که مناسب ترین سازه ها برای استفاده عموم می باشند، اما در برخی از نقاط ضعف هایی را به همراه دارند. اما باید ذکرشود که این ضعف ها تا حد بسیاری قابل جبران هستند و اگر سازه های بتنی به مناسب ترین شیوه طراحی شود و هم چنین به بهترین شکل اجرا شود، این ضعف ها تا حد قابل توجهی کم تر خواهد شد.
از ضعف های سازه های بتنی می توان به صورت زیر اشاره داشت که:
مقاوم سازی با الیاف frp یکی از مناسب ترین روش ها برای مقاوم سازی سازه های بتنی می باشد که می تواند باربری سازه را تا حد قابل توجهی افزایش دهد و هم چنین، خطرات ناشی از بهره برداری سازه را بعد از مقاوم سازی ،کاهش دهد.
روش های مقاوم سازی با الیاف frp به صورت زیر می باشد:
لازم به ذکر است در پاره ای موارد ممکن است عملیات مقاوم سازی به صورت هم زمان با فرآیند ترمیم و تعمیر انجام شود تا سازه موجود ابتدا به شرایط قابل بهره برداری برسد و سپس ظرفیت های آن ارتقاء داده شود.
همان طور که در بخش های پیشین این مقاله اشاره شده بود، 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.
ابتدا سوراخ هایی با فواصل تعیین شده در وجوه پیرامون اعضای ضعیف بتنی ایجاد می شوند سپس یک مش فولادی با آرماتور های آجدار در اطراف عضو قرار می دهند. سوراخ های ایجاد شده توسط چسب اپوکسی پر می شوند و سپس آرماتور ها به صورت سر کج و یا L شکل در داخل آن ها قرار می گیرند.
در نهایت قالب هایی در اطراف عضو قرار می دهند و توسط بتن پر می کنند. از این روش برای مقاوم سازی سازه های بتنی ضعیف مانند تیر، ستون، فونداسیون و دیوار برشی جهت افزایش مقاومت فشاری، مقاومت برشی، مقاومت خمشی و افزایش میزان شکل پذیری استفاده می شود.
از محاسن استفاده از ژاکت بتنی برای مقاوم سازی ساختمان های بتنی می توان عدم نیاز به پوشش ضد حریق، پیوستگی سریع اعضا اعم از بتنی و آرماتور فولادی و بالا رفتن ظرفیت باربری ساختمان در برابر انواع بار های ثقلی و جانبی را اشاره نمود.
افزایش ابعاد اعضای سازه ای مورد مقاوم سازی، افزایش چشمگیر وزن ساختمان بتنی، نیاز به قالب بندی، عدم استفاده از کاربری حین مقاوم سازی و صرف هزینه و زمان بالا از معایب استفاده از مقاوم سازی سازه بتنی با ژاکت بتنی جهت مقاوم سازی ساختمان های بتنی می باشد به گونه ای که سبب ایجاد روش های نوین تر در صنعت مقاوم سازی شده است.
روكش بتن آرمه در مواردی كه میزان شدت آسیبهای وارده به ستون زیاد باشد وستون از ظرفیت كافی در برابر نیروهای جانبی برخوردار نباشد، بكار گرفته میشود. روكش بتنی بسته به شرایط میتواند دور تا دور ستون یا در یك وجه آن اجرا شود. مناسب بودن طرح روكش بتنی به پیوستگی آن با عضو بستگی دارد. اگر ضخامت روكش بتنی كم باشد، افزایش سختی در ستون مقاوم سازی شده محسوس نیست. روكش بتنی باعث افزایش ابعاد ستون میشود كه علاوه بر مسائل معماری، وزن ساختمان را نیز افزایش میدهد.
در تیرها میتوان از روكش بتنی در سه و یا چهار وجه تیر برای بهسازی و افزایش مقاومت آن استفاده نمود. با این روش میتوان ناحیه كششی و فشاری تیر را با روكشهای بتنی جدید تقویت كرد.برای تكمیل مكانیسم انتقال نیرو بین مصالح قدیم و جدید، زبر نمودن سطح بتن قدیمی و جوش دادن میلگردهای اتصال با آرماتورهای جدید و قدیم ضروری است.اجرای روكش بتنی در هر چهار وجه تیر موثرترین روش برای مقاوم سازی تیرهای بتنی است. در این شیوه ضخامت بتنی كه به وجه بالایی تیر افزوده میشود باید در ضخامت سقف گم شود. اجرای تنگها نیز از طریق سوراخهایی كه در فواصل نزدیك به هم در دال سقف ایجاد میشود امكان پذیر است.
اجرای روكش بتنی در سه وجه تیر برای افزایش ظرفیت خمشی و برشی تیر در برابر بارهای قائم انجام میشود، اما به دلیل آنكه در این حالت، افزایش ظرفیت باربری مقاطعی از تیر كه در نزدیكی تكیه گاهها قرار دارند امكان پذیر نیست، تیر را نمیتوان در مقابل بارهای جانبی زلزله تقویت نمود.
در واقع مقاوم سازی ساختمان بتنی با استفاده روش ژاکت فولادی باعث افزایش مقاومت برشی، مقاومت خمشی، مقاومت فشاری و شکل پذیری سازه می شود. اجرای این روش به گونه ای است که ورق های فولادی توسط بولت به عضو آسیب دیده متصل می شود. این روش نسبت به روش ژاکت بتنی از مزایایی چون نیاز نداشتن به قالب بندی، افزایش ابعاد کم، افزایش وزن کمتر نسبت به ژاکت بتنی و سرعت اجرای بالاتر برخوردار می باشد.
باید بدانید که دیوار برشی برای مقاوم سازی ساختمان های بتنی موجب افزایش سختی ساختمان بتنی می شود. همین امر سبب افزایش ظرفیت تحمل بار ثقلی و افزایش بی نظیر در تحمل نیروهای جانبی(زمین لرزه) می شود. دیوار های برشی در تحمل بارهای مختلف بسیار مناسب اند و در سازه های بتنی نیز کاربرد فراوانی دارند. بیشتر مهندسان طراح این سیستم را برای سازه های مهم به کار می برند و برای ساختمان های مسکونی و عادی از سیستم قاب خمشی استفاده می کنند.
دیوارهای برشی نسبت به دیگر اعضای سازه مانند تیر و ستون حجیم تر می باشند تا بتواند سختی بالایی داشته باشد و این موضوع سبب می شود که دیوارهای برشی بتوانند تمام نیروی زمین لرزه وارد به ساختمان را جذب به خود کند زیرا نیرو به سمت سختی در ساختمان حرکت می کند در نتیجه هرچه سختی بالاتر نیروی بیشتری جذب می شود و از آسیب رسیدن به دیگر المان های سازه جلوگیری می کند.
سیستم های FRP چسبیده به صورت خارجی برای مقاوم سازی سازه های بتنی از حدود اواسط سال ۱۹۸۰ میلادی مورد استفاده قرار گرفته اند . تعداد پروژه هایی که از سیستم FRP در سراسر جهان استفاده می کنند، به طور چشم گیری از پانزده سال پیش تا کنون افزایش یافته است.
اعضای سازه ای که توسط سیستم های FRP مقاوم سازی می شوند عبارتند از تیرها، دال ها، ستون ها، دیوارها، اتصالات، و سازه هایی همانند کوره ها، دودکش ها، طاق ها، تونل، سیلوها و خرپاها. سیستم های FRP همچنین برای تقویت سازه های بنایی، چوبی، فولادی و چدنی مورد استفاده قرار گرفته اند.
ایده مقاوم سازی سازه های بتنی به وسیله چسباندن تقویت کننده ها (الیاف اف آر پی) به صورت خارجی، ایده ای جدید نیست. ایده سیستم های FRP با جایگزینی آن به جای تقویت کننده های دیگر مانند صفحات فولادی و پوشش های بتنی، شکل گرفته است.
تا دهه ۷۰ و۸۰ میلادی روش های مقاوم سازی بیشتر شامل مقاوم سازی سازه ها با ژاکت فولادی و روش های مقاوم سازی مشابه بود ولی در طول دهه های ۷۰ و ۸۰ میلادی با گسترش فن آوری و دانش استفاده از سیستم های کامپوزیتی FRP ، روش مقاوم سازی با FRP به سایر روش های متداول مقاوم سازی افزوده شد. مقاوم سازی با FRP از آن جهت به سایر روش های مقاوم سازی ارجح بود که مزایای زیادی نسبت به روش های مقاوم سازی متداول داشت و در عین حال برخی از معایب روش های مقاوم سازی متداول را نیز نداشت.
مقاوم سازی از جمله اقدامات مهمی است که در این چند دهه ی اخیر بسیار مورد توجه مهندسین عمران قرار گرفته است. با این کار هم در جهت اطمینان به سازه بهبود می بخشیم و هم در مقابل حوادث غیرمترقبه از جمله زلزله و باد و از این قبیل، مقاومت سازه را افزایش می دهیم . مقاله تزریق گروت پر فشار در تیرهای بتنی را نیز مطالعه نمایید.
پلیمر های الیافی (FRP) از جمله مصالحی هستند که در بهسازی بتن آرمه استفاده می شود. نسبت بالای مقاومت به وزن، مقاومت در برابر خوردگی و حمل و نصب آسان، مواد FRP را به عنوان گزینه ای مورد توجه در بسیاری از پروژه های بهسازی و مقاوم سازی مطرح کرده است.
روش های قدیمی مانند استفاده از پوشش های بتنی و یا فلزی برای تعمیر و تقویت ستون های بتن مسلح، رواج زیادی دارد اما این روش نیاز به تجهیزات و نیروی کار نسبتاً زیادی دارد و علاوه بر آن وزن سازه را زیاد می کند و در محیط های خورنده آسیب پذیر است. ۱۲٫ به عنوان راه حلی جایگزین، استفاده از الیاف پلیمری، FRP مورد توجه قرارمی گیرد.الیاف پلیمری به سهولت و همانند پارچه ای برروی سازه چسبانده شده و مقاومت و شکل پذیری عضو را بهبود می بخشد .
از دیگر کاربرد های بسیار مهم الیاف frp می توان به صورت زیر اشاره داشت :
برای مقاوم سازی با FRP مقاله های فراوانی موجود است که مقاوم سازی سازه ها با FRP یکی از آن ها می باشد.
ادامه مزایای مقاوم سازی سازه های بتنی با استفاده از FRP
همان گونه که در بخش های پیشین این مقاله اشاره شده بود، 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.
زمانی که ستون تحت بارهای لرزه ای قرار می گیرد، مسئله ظرفیت جذب انرژی و شکل پذیری ستون اهمیت می یابد که استفاده از الیاف FRP ضمن افزایش ظرفیت برشی ستون، مد گسیختگی آن را از حالت برشی به خمشی تغییر داده و شکل پذیری را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد.
با افزایش میزان بار وارده بر ستون، بتن تمایل دارد در جهت عمود بر جهت اعمال بار از هم باز شود. محصور کردن عرضی بتن با پوشش FRP (دور پیچ کردن) توسط افزودن لایه هایی از الیاف شیشه و کربن مقاومت نهایی ستون را تا 2 برابر افزایش می دهد و البته تاثیر مهم تر این الیاف در افزایش 5 برابری در ظرفیت تغییر شکل بتن است.
در این روش قرارگیری الیاف در امتداد عمود بر محور طولی عضو به صورت دورپیچ کامل، سبب ایجاد محصورشدگی انفعالی (Passive) در عضو می گردد. از این رو FRP تا زمان بارگذاری و رخداد تغییرشکل های عرضی در ستون بتنی موجود منفعل بوده و تحت تنش قرار نگرفته و تاثیری در باربری عضو ندارد. بدین سبب اجرا و نصب استاندارد و اطمینان از چسبندگی کامل بین بتن و FRP در این روش مقاوم سازی بسیار حائز اهمیت می باشد.
انتخاب صحیح روش ترمیم ترک نیازمند برداشت دقیق، یافتن علل اصلی بروز ترک به وسیله برداشت ظاهری، مغزه گیری از بتن و آزمون های غیر مخرب هست. نحوه ترمیم ترک بر اساس راه کارهای کمیته 224 انجمن بتن آمریکا و مصالح توصیه شده در کمیته ACI 54 دارای روش های متعددی است که بسته به نوع ترک و نحوه شکل گیری آن در دستورکار قرار می گیرد.
مقاوم سازی تیر بتنی با مصالح FRP در طی 3-4 روز به 3 برابر مقاومت کششی فولاد می رسند، از این رو با توجه به اینکه الیاف FRP مقاومت کششی بسیار بالایی نسبت به ورقه های فولادی دارند، اتصال FRP به ناحیه کششی بتن در تیر بتنی سبب افزایش ظرفیت خمشی مقطع خواهد شد.
عوامل متعددی مانند ابعاد مقطع تیر بتنی، مساحت و مشخصات مکانیکی میلگردهای موجود و میلگرد FRP مورد استفاده و همچنین مقاومت بتن موجود، در میزان افزایش مقاومت خمشی سازه های بتنی با استفاده از سیستم های FRP دخیل می باشند. در ادبیات فنی این افزایش مقاومت از 10 تا 160 درصد گزارش شده است.
در کشور ما شرکت های مقاوم سازی به تازگی پا به عرصه وجود گذارده و با گردآوری مهندسین و تکنسین های مجرب نسبت به طراحی و اجراء عملیات مقاوم سازی در کشور اقدام نموده اند.
تمامی حقوق متعلق به آرین تیس می باشد.
طراحی سایت و خدمات سئو توسط تیم سئوهاما - میزبانی وب توسط سرورهاما