برای مقاوم سازی بخش های مختلف ساختمان از روش های گوناگونی استفاده می شود. مقاوم سازی ستون ها با هدف داشتن ستون هایی محکم تر با حفظ عملکرد مناسب سازه صورت می گیرد. در واقع، عمل مقاوم سازی ستون ها عامل مهمی برای افزایش عمر ساختمان است که در کنار تعمیر و ترمیم ستون ها باید انجام شود. یکی از شیوه هایی که این روزها بسیار کاربرد دارد، مقاوم سازی ستون با frp است. با توجه به ویژگی هایی که مصالح frp دارند، می توان آن را یکی از شیوه های بسیار مؤثر در مقاوم سازی دانست.

مقاوم سازی ستون با frp و روش های دیگر

برای تعیین شیوه مقاوم سازی ستون های بتنی می توان بر اساس صرفه اقتصادی، سهولت در اجرا و اعمال نکردن تغییرات اساسی در قسمت های مختلف ساختمان دست به اقدام زد. هیچ یک از شیوه های مقاوم سازی ستون های بتنی مزایای کلی ندارند و هر کدام از مزایا و معایبی برخوردارند که با توجه به نوع پروژه انتخاب می شوند.

مقاوم سازی ستون با frp که به آن خواهیم پرداخت نیز دارای مزایا و معایب خود است. به طور کل، در طراحی و اجرای تقویت ستون های بتنی به دنبال کسب شرایط جدید در سازه بتنی از لحاظ بهره برداری و بارگذاری هستیم.

برای مقاوم سازی ستون های بتنی از روش های زیر استفاده می شود:

• مقاوم سازی ستون با frp
• ژاکت بتنی و فولادی
• افزودن اعضای باربر با هدف کاهش بار وارد بر آن
• مقاوم سازی فونداسیون
• افزودن دیوارهای برشی

مقاوم سازی ستون با frp در سال های اخیر جایگزین استفاده از ژاکت فولادی شده است. مرسوم ترین شکل استفاده از این شیوه، دورپیچ کردن بیرون ستون ها با استفاده از الیاف frp است.

مقاوم سازی ستون با frp یا با استفاده از ژاکت فولادی موجب بالا رفتن مقاومت فشاری محوری و محوری خمشی و شکل پذیری ستون می شود. اما در نهایت با مطالعه مقاومت فشاری و رفتار تنش کرنش بتن پوشانده شده با frp مشخص شد که مقاوم سازی به این شیوه نتایج بهتری را به دنبال دارد. 

علل مقاوم سازی ستون با frp و روش های دیگر

• اشتباهات و مشکلات در زمان طراحی و اجرا
• تغییرات به وجود آمده در استانداردها و آئین نامه ها
• بالا بردن عمر مفید بهره برداری
• ایجاد تغییر در کاربری سازه
• افزایش طبقه ها و بار وارد بر ساختمان

مزایای مقاوم سازی ستون با frp

• سرعت بالا در زمان اجرا
• ضخامت کم الیاف frp
• مقرون به صرفه بودن
• محدودیت اجرایی کم مقاوم سازی ستون با frp
• وزن کم الیاف frp
• کمترین افزایش در ابعاد پایه ستون
• افزایش مقاومت خمشی
• افزایش مقاومت برشی
• افزایش مقاومت فشاری
• افزایش مقاومت ستون در برابر خوردگی
• افزایش دوام و عمر ستون
• قابل نصب روی تمام سطوح بتنی و فولادی
• افزایش شکل پذیری

کدام ستون های بتنی با مقاوم سازی ستون با frp قابل تقویت هستند؟

• ستون های گرد
• ستون های مستطیلی
• ستون های مربع
• ستون های پیش ساخته

انواع آسیب های ستون بتنی

نوع اول آسیب هایی هستند که از ایجاد مفصل پلاستیک خمشی در ستون های بتنی شکل می گیرند. این آسیب ها به طور معمول در قسمت کوچکی از انتهای ستون اتفاق می افتند و بیشتر بعد از وقوع زلزله دیده می شوند. در این آسیب ها، ابتدا بخشی از سطح پوشش بتن کنده می شود و بعد میلگردهای عرضی شکسته می شوند. همین مسئله موجب می شود میلگردهای طولی کمانش بیابند. مقاوم سازی ستون با frp در این آسیب بسیار مناسب است که با دورپیچ کردن الیاف در محل اتصال تیر به ستون ها و عمود بر محور طولی ستون انجام می شود.

نوع دوم آسیب هایی هستند که در اثر خرابی در محل وصله پوششی میلگردهای طولی در ستون های بتنی ایجاد می شوند. در زمان وقوع زمین لرزه در قسمت هایی که لنگر وارده بیشتر است و میلگردهای طولی با هم همپوشانی دارند، قسمت انتهایی ستون تحت خمش زیادی قرار می گیرد و در صورتی که طول وصله مقدار کمی باشد، در زمان بارگذاری رفت و برگشت میلگردها جدا می شوند. برای جلوگیری از این آسیب نیز مقاوم سازی ستون با frp ممکن است که می توان با این روش قسمت هایی از میلگرد را که با هم همپوشانی ندارند، با این الیاف محصور کرد.

مزایای مقاوم سازی ستون بتنی با روش frp نسبت به روش های سنتی

مقاوم سازی ستون ها با استفاده از روش frp مزایای زیادی نسبت به روش های سنتی دارد که عبارتند از:

• بالا رفتن مقاومت خمشی ستون های بتنی
• بالا رفتن مقاومت فشاری ستون های بتنی
• بالا رفتن مقاومت برشی ستون های بتنی
• بالا رفتن مقاومت در مقابل سایش
• بالا رفتن طول عمر ستون های بتنی و سازه
• پیشگیری از توسعه و افزایش ترک های بتنی
• مقرون به صرفه بودن
• بالا رفتن شکل پذیری ستون های بتنی
• نصب و اجرای آسان
• تغییر شکل ندادن شکل معماری سازه به علت پایین بودن ضخامت الیاف در زمان استفاده از روش frp
• تغییر نیافتن ابعاد ستون ها

موارد کاربرد روش frp

علاوه بر مقاوم سازی ستون با frp برای مقاوم سازی تیر، دال، اتصالات دیوارهای برشی بتنی و دیوارهای آجری و پایه و عرشه پل نیز از روش frp استفاده می شود.

الیاف frp می تواند در تیرها و دال های بتنی جانشین تمام یا بخشی از میلگرد کششی باشد. همچنین، از آن می توان در اتصالات بتنی استفاده کرد و شکل پذیری اتصال را بالا برد.

از روش frp برای تقویت دیوارهای برشی نیز می توان استفاده کرد. به علاوه می توان شکل پذیری دیوارهای بنایی را افزود و آنها را مهار کرد.

الیاف frp را می توان جایگزین میلگردهای فولادی یا کابل های پیش تنیده در سازه های بتنی پیش تنیده یا غیر پیش تنیده کرد. این الیاف در برابر خوردگی مقاومت بسیار زیادی دارد که در کنار ویژگی های دیگر آن مثل مقاومت کششی بالا، آن را برای استفاده به عنوان میلگرد کششی مناسب می سازد. الیاف frp مصالحی ناهمسانگرد هستند، به همین دلیل نوع و مقدار فیبر و رزین مورد استفاده، سازگاری فیبر و کنترل کیفیت لازم در زمان ساخت آن نقش اساسی را در بهبود خواص مکانیکی آن بازی می کند.