مقاوم سازی با FRP طی سالیان اخیر در مقایسه با انواع روش های مقاوم سازی مرسوم در بین طراحان حرفه ای محبوبیت چشمگیری پیدا کرده است. در دهه ی ۱۹۸۰ اولین کاربرد FRP در صنعت مهندسی عمران و به عنوان جایگزینی قابل قبول برای ژاکت های فولادی، پس از استفاده ی موفقیت آمیز جهت مقاوم سازی و بهسازی از جمله مصالحی که در جهت مقاوم سازی استفاده میشود ورقهای FRP می‌باشد. این ورقه‌ها با ضخامت چند میلی متر از جنس FRP بوده با چسب‌های مستحکم و مناسب به سطح بتن چسبانده میشوند برای پوشش سطح بتن در محیط های خورنده و نیز ایزوله کردن آنها و همچنین جهت تعمیر و تقویت سازه‌های آسیب دیده ناشی از زلزله و یا ناشی از خوردگی آب‌های یون دار نیز استفاده میشود.
در ادامه FRP جهت بهسازی لرزه ای در ستون های پل بتن مصلح در مقیاس واقعی ، یک ساختمان تحقیقاتی بنایی پنج طبقه و یک ستون به قطر شش فوت به صورت آزمایشی مورد استفاده قرار گرفت. آزمایش ها ، طراحی و نصب سیستم‌های مقاوم سازی با FRP در طی سی سال نشان داده است که در صورت استفاده صحیح، کامپوزیت FRP می تواند به عنوان یک راهکار بهسازی و مقاوم سازی موثر در نظر گرفته شود.الیاف FRP نقش اصلی در مقاومت و مشخصات مکانیکی مادهی مرکب دارد و وظیفه ی رزین به هم متصل کردن الیاف FRP و محافظت از آنها در برابر عوامل محیطی است.کامپوزیت های FRP برحسب نوع الیاف FRP معمول مورد استفاده(کربن، شیشه و آرامید)، به سه دسته CFRP و GFRP و AFRP تقسیم میشوند. برای بهسازی لرزه ای با الیاف FRP ضوابط موجود در نشریه ۳۶۰ که در نظر گرفته شده بخسازی انجام میگیرد.
معرفی سیستم مقاوم سازی با FRP
بر مبنای آیین نامه های جدید، بسیاری از سازه ها از جمله ساختمان های مسکونی قرار گرفته در مناطق لرزه خیز توانایی مقاومت در برابر زلزله را ندارند. بعلاوه، زلزله های اخیر در مناطق شهری به وضوح نشان داد که تقویت و مقاوم سازی ساختمان امری است اجتناب ناپذیر. در طی سالیان اخیر مطالعات گسترده ای جهت یافتن روش های تقویت و مقاوم سازی ساختمان ها به منظور بهبود عملکرد لرزه ای آن ها صورت گرفته است. به همین منظور روش های گوناگونی شامل افزودن المان های سازه ای جدید، پیش تنیدگی خارجی، استفاده از ورق های خمشی فولادی و… مورد استفاده قرار گرفته است. برای آشنایی بیشتر با این روش ها می توانید به مقاله ی مقاوم سازی سازه ها مراجعه کنید.
در بین این روش ها و در طی دو دهه اخیر، مقاوم سازی با FRP یا کامپوزیت های پلیمری مسلح شده با الیاف در بین جامعه ی مهندسی عمران اقبال قابل قبولی پیدا کرده است. کامپوزیت های پلیمری مسلح شده با الیاف (FRP) از فیبر های پیوسته از جنس الیاف کربن (CFRP)، الیاف شیشه (GFRP) و یا الیاف آرامید (AFRP) که در داخل ماتریسی از جنس اپوکسی، وینیلستر یا پلی استر به یکدیگر متصل شده اند، تشکیل شده است. فیبرها عضو باربر در FRP بوده در حالی که مواد ماتریسی مورد استفاده در کامپوزیت، برش را منتقل می کند.
کاپوزیت های FRP بسته به نوع الیاف مورد استفاده در آن دارای مقاومت های متفاوتی می باشند. در صورتی که فیبر شیشه مقاومت برشی تقریبا برابر مقاومت جاری شدن فولاد معمولی را فراهم می کند، کامپوزیت های بر پایه الیاف کربن مقامت کششی دو تا پنج برابر مقاومت جاری شدن فولاد معمولی را تامین میکند. هرچند هر دو نوع کامپوزیت های FRP دارای سختی کششی کمتری نسبت به فولاد می‌باشند، سختی کامپوزیت فیبر کربن دو تا پنج برابر سختی کامپوزیت الیاف شیشه می باشد. همچنین، وزن کامپوزیت های FRP تقریبا یک پنجم وزن فولاد می‌باشد.
محصولات FRP که معمولا برای تقویت یک سازه مورد استفاده قرار میگیرد، به شکل نوار (strip)، ورق (sheet) و یا پوشش لمینت (laminate) و یا میلگرد FRP در دسترس می باشد. برای آشنایی بیشتر با خصوصیات کامپوزیت‌های FRP به مقاله از کامپوزیت FRP چه می دانید؟ مراجعه کنید. امروزه استفاده از FRP ها به عنوان یک نوع مصالح جایگزین رایج برای فولاد به منظور بهسازی، تقویت و مقاوم سازی انواع سازه ها شامل ساختمان های مسکونی، پل ها، لوله های نفت و گاز و … شناخته می شود. کامپوزیت FRP در مقایسه با فولاد مزایایی دارند که از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- سختی مشخصه بالا (E/ρ)
- مقاوم مشخصه بالا (ρ/σult)
- مقاومت بالا در برابر خوردگی
- سهولت در جابجایی و نصب
علاوه براین، مقاومت در برابر دمای بالا و شرایط محیطی و مکانیکی سخت از دیگر دلایل انتخاب FRP ها برای بهسازی لرزه ای می باشد. هرچند FRP ها دارای مزایایی می باشند، به مانند دیگر مصالح مورد استفاده دارای معایبی نیز هستند که میتوان هزینه ی بالا، مقاومت پایین در برابر ضربه و رسانایی الکتریکی بالا را نام برد.
مقاوم سازی ساختمان های بتنی مسلح شده با استفاده از FRP
جهت تقویت ستون ها و تیرهای بتنی، روش های مقاوم سازی متنوعی وجود دارد. با این وجود، بیشتر زمان مورد نیاز برای اجرای این روش ها با لا می باشد. از آنجایی که از دهه ی ۱۹۹۰، استفاده از پلیمرهای مسلح شده با الیاف (FRP) در مهندسی عمران چشمگیر شد، پلیمرهای مسلح شده با الیاف کربن (CFRP) در ابتدا برای تقویت ستون ها مورد استفاده قرار گرفت.
تقویت ستون های بتنی با استفاده از پوشش FRP
با توجه به اینکه ستون ها اصلی ترین عضو باربر ساختمان محسوب می شوند، به عنوان آسیب پذیرترین بخش یک ساختمان بتن مسلح (RC) در هنگام وقوع زلزله شناخته می شوند. حداقل ابعاد سطح مقطع و کمبود آرماتورهای فولادی در ستون های با طراحی نامناسب منجر به اجرای یک ستون ضعیف و تیر قوی می شود. از آنجایی که تیرها انرژی را به صورت موثرتری مستهلک می کنند، تقویت ستون های ساختمان به منظور تشکیل مفاصل پلاستیک در تیرها بسیار حایز اهمیت می باشد. بعلاوه، ستون ها باید طوری طراحی شوند تا در هنگام زلزله از گسیختگی یک ساختمان بعلت ایجاد طبقه ی نرم جلوگیری بعمل بیاید.
در هنگام زلزله، سه مد گسیختگی ستون های بتن مسلح بعلت بارهای چرخه ای محوری و جانبی می تواند اتفاق بیفتد. این نوع از گسیختگی ها عبارتند از: گسیختگی برشی، گسیختگی مفصل پلاستیک خمشی و گسیختگی وصله پوششی.
کمبود آرماتورهای عرضی می تواند گسیختگی برش را در پی داشته باشد. این نوع گسیختگی از نوع گسیختگی ترد بوده و می تواند منجر به خرابی های بسیاری در ساختمان شود. با استفاده از لمینت های FRP تشکیل شده از الیاف در جهت های حلقوی می توان ظرفیت برشی ستون های ضعیف را به صورت قابل توجهی بهبود بخشید. نتایج مطالعات آزمایشگاهی نشان دهنده این بوده است که پوشش کامپوزیت با طراحی مناسب برای ستون های بتنی مسلح شده می تواند مقاومت برشی را به میزانی افزایش دهد که مد گسیختگی برشی به مد تغییرشکل خمشی غیرالاستیک تبدیل شده و شکل پذیری خمشی را افزایش دهد. برای مطالعه ی بیشتر می توانید به مقاله ی Fiber reinforced polymers for structural retrofitting: A review رجوع کنید.
گسیختگی های وصله پوششی در ستون های بتن مسلح زمانی اتفاق می افتد که طول وصله پوشش در ستون به قدری کوتاه باشد که پیوند در هنگام زلزله شکسته شود. ضخامت پوشش FRP مورد نیاز برای چسباندن اطراف محیط وصله پوشش با قطر موثر ستون رابطه ی مستقیم داشته و با مدول الاستیک لمینت رابطه ی معکوس دارد. تحقیقات صورت گرفته در این زمینه نشان داده است که محصور کردن ستون های با مقطع مستطیل با استفاده از پوشش های FRP مقاومت محوری و شکل پذیری آن را به مقدار قابل توجهی بهبود بخشیده است. همچنین در ستون های با مقطع مربعی و بدون آرماتورهای طولی (plain concrete)، استفاده از یک، دو و سه لایه از پوشش های FRP از جنس الیاف کربن (CFRP) مقاومت محوری را به ترتیب ۱۵۴، ۲۱۳ و ۲۳۰ درصد افزایش داده است. در مقابل و در ستون های ببتن مسلح و با مقطع مربع شکل، استفاده از یک، دو و سه لایه از پوشش های FRP از جنس فیبر کربن (CFRP) مقاومت محوری را به ترتیب ۱۸۸، ۲۵۵ و ۳۱۰ درصد افزایش داده است.
مقاوم سازی ستون های بتن مسلح، از گسیختگی نابهنگام پوشش بتن و کمانش میلگردهای فولادی طولی جلوگیری کرده و در نتیجه عملکرد ستون را تحت بارگزاری لرزه ای بهبود می بخشد. در این حالت با افزایش ظرفیت تغییرشکل ستون محصور شده با FRP، کمانش میلگردها مهار و از تاثیر تغییر شکل برشی بر روی ظرفیت آن جلوگیری می شود.
براساس آزمایشات صورت گرفته مقاوم سازی ستون های بتنی با FRP ، نتایج زیر حاصل می گردد :
۱- تقویت در افزایش بار فشاری بطور قابل ملاحظه ای تاثیرگذار می باشد بگونه ای که با تقویت کلیه سطح ستون ۲۲ % و با تقویت نیمه میانی ستون ۸ از بست های انتهایی ،خورد شدگی CFRP و با تقویت دو سر ستون تا ۱۵ % بار فشاری افزایش می یابد.
۲- در طی آزمایشات مختلف جدا شدن ورق به عنوان بیشترین عامل شکست CFRP مشاهده گردید آنچه قابل برداشت است، مشاهده جدا شدن ورق CFRP بتن ناحیه فشاری ،گیسختگی ورق و به عنوان یک عامل نا مطلوب که نیاز به استفاده از سیستم مهارهای انتهایی موثرتر و همچنین استفاده از چسب های با مقاومت بالاتر را روشن می سازد .
۳- تقویت باعث افزایش سختی در اعضا گشته است.
۴-تقویت در کاهش شکل پذیری دراعضا تاثیرگذار بوده است بگونه ای که که با دورپیچ نیمه میانی ستون میزان کرنش بطور قابل ملاحظه ای کاهش می یابد.
۵- تقویت در به تاخیر انداختن اولین ترک نسبت به ستونهای مرجع موثر واقع شده است.
۶- تقویت در کاهش عرض ترک های بوجود آمده نسبت به ستونهای مرجع موثر بوده است
تقویت دیوار برشی بتنی با استفاده از پوشش FRP
در ساختمان هایی که در مناطق لرزه خیز ساخته شده اند، دیوار های برشی بتنی مسلح به عنوان یک سیستم متداول باربر جانبی مورد استفاده قرار می گیرد. دیوارهای برسی دارای سختی جانبی درون صفحه بسیار بالاتری نسبت به دیگر المان های سازه ای بوده و انتظار می رود در برابر بارگذاری جانبی بهتر عمل کند. هرچند پیشرفت های عمده در زمینه طراحی لرزه ای مربوط به ده های اخیر می باشد، ساختمان های با دیوار برشی قدیمی تر در مخطر آسیب های قابل توجه در برابر زلزله های متوسط یا بزرگ می باشند. دلیل این امر را می توان در سختی درون صفحه ای ناکافی، ظرفیت های خمشی و برشی ناکافی، محصور شدگی ناکافی بتن و طراحی ضعیف جست و جو کرد. برای کاستن پاسخ لرزه ای ناکافی یک ساختمان بعلت نقایص سازه ای، طرح های مقاوم سازی و تعمیر متنوعی وجود دارد. در سال های اخیر پوشش های FRP که دارای مزایایی همچون وزن پایین و مقاومت بالا می باشند به منظور افزایش مقاومت برشی و استهلاک انرژی در المان دیوارهای برشی مورد استفاده قرار گرفته است. بعلاوه پوشش FRP به منظور افزایش در مقاومت خمشی دیوار نیز مورد استفاده قرار گرفته است. با استفاده از طرح پوشش در دو جهت عمودی و افقی می توان رفتار شکل پذیری خمشی دیوار را افزایش داد و نتیجتا گسیختگی ترد ناشی از برش را از بین برد. از دیگر مزایای سیستم مقاوم سازی با FRP می توان به افزایش مقاومت، سختی و جابجایی نهایی دیوار برشی اشاره کرد. همچنین دیوارهای مقاوم سازی شده با FRP ظرفیت استهلاک انرژی بیشتری در مقابل دیوارهای برشی بدون مقاوم سازی خواهند داشت.
تقویت دال بتنی با استفاده از پوشش FRP
دال بتنی یک المان سازه ای می باشد که برای ایجاد سطوح تخت مانند کف ها و سقف ها مورد استفاده قرار می گیرد. یک دال بتنی معمولا با تیرها، ستون ها، دیوارها و یا زمین نگه داشته می شود. دال های بتنی در برخی مواقع همچون افزایش بار وارده بر دال، طراحی نامناسب، خوردگی آرماتور های فولادی، به وجود آمدن ترک در بتن و یا نشست پی بیش از حد مجاز نیازمند تقویت و مقاوم سازی می باشند.
کامپوزیت های FRP به عنوان یک راهکار مطمئن جهت تقویت دال های بتنی معرفی می گردد. همچنین روش های سنتی مورد استفاده جهت مقاوم سازی دال ها مانند استفاده از صفحات فولادی و شاتکریت می توانند در کنار کامپوزیت های FRP مورد استفاده قرار گیرند.
کامپوزیت FRP می تواند ظرفیت باربری برشی و خمشی مورد نیاز یک دال بتنی را در هر دو ناحیه ممان منفی و ممان مثبت افزایش دهد. در حقیقت از سیستم FRP ظرفیت باربری را بدون تغییر در هندسه دال و همچنین هندسه کلی سازه به طرز چشمگیری افزایش می دهد.
تقویت تیرهای بتنی با استفاده از پوشش FRP
تقویت خمشی تیرهای بتن مسلح یک ساختمان میتواند با اتصال خارجی کاپوزیت های FRP (سیستم اتصال خارجی (EB)) یا با قرار دادن نوارها یا میلگردهای FRP در شیارهای ایجاد شده داخل بتن انجام گیرد (سیستم نصب شده در نزدیک سطح (NSM)). در هر دو روش، اتصال بین FRP و سطح بتن برای بهبود مقاومت خمشی و سختی و جلوگیری از گسیختگی به علت اتصال نامناسب باید کنترل گردد. استفاده از اتصال لمینت FRP برای مقاوم سازی خمشی سطح در معرض کشش تیرهای بتن مسلح، برای اولین بار توسط گروه Meier در لابراتوارهای تحقیقاتی و آزمایش مصالح فدرال سوییس معرفی گردید. از آن به بعد محققین در سرتاسر دنیا تحقیقات تئوری و آزمایشگاهی گسترده ای بر روی تقویت و مقاوم سازی خمشی تیرهای بتنی انجام دادند. هدف از انجام این تحقیقات بررسی میزان اثر بخشی پوشش های FRP بر روی عملکرد خمشی تیرهای بتنی یک ساختمان و یا بررسی تاثیر پارامترهای مختلف بر مدهای گسیختگی بوده است. تحقیقات پیشین نشان داد تقویت و مقاوم سازی با استفاده از پوشش های FRP منجر به افزایش مقاومت نهایی تیر بتنی به میزان ۲۲ درصد شد. در برخی موارد استفاده از گیره های اضافی برای جلوگیری از جداشدگی پوشش FRP، مقاومت را به میزان ۲۴۵ درصد افزایش داد. علاوه بر تقویت، طرح مقاوم سازی FRP با استفاده از سیستم مهاری، شکل پذیری تیر مقاوم سازی شده را با استفاده از محصور شدگی بتن بهبود می بخشد. افزایش شکل پذیری با استفاده از پوشش FRP، بهبود عملکرد لرزه ای تیر مقاوم سازی شده را نیز در پی خواهد داشت. تحقیقات صورت گرفته بیانگر این موضوع است که مقاومت برشی تیرهای مقاوم سازی شده با پلیمرهای مسلح شده با الیاف کربن (CFRP) تحت بارگذاری لرزه ای شبیه سازی شده در مقایسه با تیر بتنی مسلح شده بدون مقاوم سازی با پوشش FRP، به مقدار ۱۱۴ درصد افزایش پیدا کرده است. مواد FRP سختی تیر ها را قبل از گسیختگی برشی بالا برده و منجر به بروز رفتار تقریبا الاستیک می شود.
هرچند امکان افزایش مقاومت خمشی تیرها و تیرهای باربر بتنی با استفاده از اتصال پوشش های FRP وجود دارد، ولی باید دقت شود که استفاده از ورق های FRP منجر به ایجاد مدهای گسیختگی جدید در تیرهای مقاوم سازی شده نشود. این قبیل گسیختگی ها در بارهایی بسیار کمتر از بار طراحی رخ می دهند و اغلب ماهیت ترد دارند. به منظور استفاده از پوشش های FRP به عنوان یک روش بهسازی، تقویت و مقاوم سازی موثر، رفتار تیرهای تقویت شده با FRP و شناخت مدهای گسیختگی باید با استفاده از نتایج آزمایشگاهی و مدل سازی کامپیوتری کاملا شناخته شود.
کارایی سیستم مقاوم سازی FRP مورد استفاده در تیرهای RC را می توان با استفاده از پیش تنیدگی الیاف و فیبرها بسیار بیشتر کرد. اثرات سودمند روش پیش تنیدگی عبارتند از به تعویق انداختن تشکیل ترک، افزایش ظرفیت کششی اعضا بعلت محصورکنندگی و کاهش هزینه های مرتبط با مقاوم سازی با الیاف FPR، به خاطر اینکه همان مقدار مقاومتی را که می توان با الیاف FRP بدون پیش تنیدگی بدست آورد می توان با پوشش های FRP پیش تنیده شده ولی با سطح مقطع کمتر بدست آورد. بنابراین میزان سرویس دهی تیرهای تقویت شده با FRP، وقتی که ورق ها یا لمینت ها پیش تنیده باشند بهبود پیدا می کند. هرچند، آیین نامه های مرتبط با اجرای FRP های پیش تنیده کاملا تهیه نشده است. قبل ازاینکه FRP های پیش تنیده بصورت متداول مورد استفاده قرار بگیرد، تکنیک های پیش تنیدگی و روش های نصب می بایست اصلاح شده و هرچه بیشتر ساده سازی شوند.
نوع اتصال و انتقال بار بین تیر بتنی و لمینت های کامپوزیت FRP تاثیر بسزایی بر رفتار گسیختگی و توزیع تنش در تیر مقاوم سازی شده دارد. جداشدگی پوشش پایینی از سطح بتن رایج ترین مد گسیختگی برای تیرهای مقاوم سازی شده با استفاده از پوشش های خارجی FRP می باشد. جداشدگی منجر به از دست رفتن اثر کامپوزیت بین بتن و لمینت FRP می شود. جداشدگی موضعی زمانی آغاز می شود که تنش های برشی بین سطحی و تنش های نرمال از مقاومت بتن بیشتر شود. برای به تاخیر انداختن جداشدگی FRP و افزایش بازده طرح مقاوم سازی با FRP می توان نوار های جاکتی U شکل را در ناحیه ای که جداشدگی شروع شده است تعبیه کرد.
بکارگیری ورق های FRP در تقویت تیر های بتنی سبب افزایش ظرفیت باربری و کاهش خیز آن می شود. همچنین ترک های ایجاد شده کوچکتر و به طور یکنواخت پخش گردیده اند و وجود لایه های عمودی تقویت ، باعث جلوگیری از پارگی در الیاف خمشی (افقی) می شود.
ظرفیت باربری نهایی تیر ها با بکار بدن ترکیبی از ورق های تقویتی مسلح به صورت عمودی و افقی همراه با چسب اپوکسی مناسب تقریبا دو برابر می شود.
گسترش لایه های عمودی در سراسر دهانه تیر کاهش تر های قطری را در پی داشته و نیز سبب می شود تا از ظرفیت الیاف طولی به طور کامل استفاده شود. در نتیجه ظرفیت باربری نهایی تیر ها به طور قابل ملاحظه ای افزایش خواهد یافت.
تیر هایی که ورق های GFRP در زیر و طرفین آن ها بکار رفته است نسبت به تیر هایی که فقط در زیر به وسیله ورق تقویت شده اند رفتار بهتری از خود نشان می دهند.
مقاوم سازی اتصالات ستون به دال بتنی با استفاده از پوشش CFRP
در طی زلزله های اخیر و در ساختمان های با دال تخت که جزییات طراحی لرزه ای مناسبی نداشته اند، اتصالات ستون-دال آسیب سازه ای قابل توجه ای دیده و در نتیجه تعداد تلفات انسانی قابل توجه بوده است. از اینرو و در تعداد قابل توجهی از ساختمان های با دال تخت که از استانداردهای لازم طراحی و ساخت برخوردار نمی باشندبه منظورکاهش اثرات فاجعه بار زلزله های آینده می بایست راهکارهای مقاوم سازی ساده، اقتصادی و خلاقانه به کار گرفته شود. به همین علت محققین روش های متفاوتی را به منظور مقاوم سازی کامل و با صرفه اقتصادی در اتصالات ستون-دال های تخت به کار گرفته اند. یکی از روش هایی که در این زمینه مورد استفاده قرار گرفته است، بکارگیری صفحات فولادی و اتصالات پیج جهت تعمیر اتصالات ستون-دال شکل پذیر آسیب دیده می باشد. از این تکنیک مقاوم سازی می توان برای بهبود عملکرد اتصالات غیر شکل پذیر ساخته شده قبل از سال ۱۹۷۱ نیز استفاده کرد. هرچند تاثیر این روش ترمیم بر ظاهر این نوع از سازه ها یکی از نقاط ضعف آن می باشد. یکی از روش هایی که امروزه جهت مقاوم سازی اتصالات دال-بتن شکل پذیر آسیب دیده مورد توجه محققین قرار گرفته است استفاده از پلیمرهای مسلح شده با الیاف کربن و یا به اختصار CFRP می باشد. همچنین استفاده از CFRP ها در بازگرداندن مقاومت باربری جانبی حداکثر و سختی اولیه اتصالاتی که آسیب ندیده اند موثر می باشد
مقاوم سازی ساختمان های بنایی با استفاده از FRP
بسیاری از سازه های بنایی غیر مسلح (URM) در برابر زمین لرزه آسیب پذیر بوده و نیازمند مقاوم سازی می‌باشند. هرچند کاربرد FRP بیشتر محدود به سازه های بتن مسلح می باشد، استفاده از FRP می تواند در بالابردن مقاومت و شکل پذیری سازه‌های بنایی بسیار موثر باشد. برای دیوارهای بنایی مقاوم سازی شده با لمینت های FRP، جداشدگی لمینت FRP از لایه با مسالح بنایی مکانیزم کنترل کننده ی گسیختگی می باشد. این مساله در دیوارهای بنایی مقاوم سازی شده برای تحمل بارهای داخل و خارج از صفحه مشهود می باشد. برای واحدهای از جنس خاک رس، ممکن است جداشدگی با میزان تخلخل خود مصالح بنایی رابطه مستقیم داشته باشد. از آنجایی که اثر بخشی مقاوم سازی می تواند به طور خطرناکی بعلت گسیختگی های نا بهنگام بیش از اندازه برآورد شود، اثر متقابل دیوارهای مقاوم سازی شده با المان های سازه ای پیرامونی (نظیر تیرها و ستون ها) حایز اهمیت می‌باشد. (برای مثال خوردشدگی واحد های بنایی در نواحی مرزی).
مقاومت خمشی دیوارهای URM معمولا به مقاومت کششی ملات محدود می باشد. ولی دیوارهایی که ورق های FRP به آن نصب شده اند بعلت فراهم شدن عضو کششی بزرگ می توانند ممان های بیشتری را تحمل کنند. همچنین با فراهم شدن طرح مقاوم سازی FRP مناسب مقاومت جانبی و سختی دیوارهای URM می تواند بهبود پیدا کند.
مقاوم سازی ساختمان های فولادی با استفاده از FRP
هرچند مصالح FRP به عنوان یک روش مقاوم سازی سازه های بتن مسلح از سوی جوامع تحقیقاتی مقبولیت بسیاری پیدا کرده است، مقاوم سازی سازه های فولادی با استفاده از مصالح FRP تاکنون به مانند سازه های بتن مسلح مورد توجه قرار نگرفته است. با این وجود، مقاوم سازی لرزه ای سازه های فولادی با استفاده از مصالح FRP، تدریجا محبوبیت پیدا می کند.
تعداد کمی پژوهش برای یافتن پتانسیل مواد FRP جهت تعمیر و مقاوم سازی سازه های فولادی انجام شده است. اکثر کارهای تحقیقاتی انجام گرفته بر روی مقاوم سازی سازه های فولادی با استفاده از مواد FRP عمدتا بر زمینه های زیر متمرکز بوده است:
- مقاوم سازی شاه تیرهای فولادی که جوش داده نشده اند
- تعمیر شاه تیرهای فولادی خورده شده
- بهسازی اتصالات پرچی آسیب دیده فرسوده
این تحقیقات نشان داد که مقاوم سازی با FRP می تواند سختی الاستیک شاه تیرهای فولادی آسیب دیده را از ۱۰تا ۳۷ درصد افزایش دهد. نوشته های تا به امروزنشان داده است استفاده از ورق ها و نوارهای FRP به عنوان یک روش تعمیر می تواند ظرفیت از دست رفته یک مقطع فولادی را بازگرداند. همچنین FRP می تواند سازه های فولادی را بطور موثری برای مقاومت در برابر بارهای بیشتر تقویت کند.همچنین عمر خستگی سازه های فولادی می تواند به وسیله استفاده از لمینت ها و ورق های FRP متصل شده با اپوکسی بیشتر شود. علاوه براین، مقاوم سازی با FRP تاثیر قابل توجهی بر کاهش توزیع ترک دارد. کاربرد FRP در سازه های فولادی منجر به مقاومت جاری شده افزایش یافته مقطع فولاد می شود که نتیجه ی آن افزایش بار سرویس خواهد بود.
سوالات متداول
مزیت استفاده از روش نوین FRP نسبت به روش های سنتی متداول جهت مقاوم سازی چیست؟
الیاف FRP دارای وزن پایینی هستند و به نسبت مصالح سنتی مانند بتن و فولاد باعث افزایش چشمگیر وزن سازه نمی شوند. این الیاف دارای ضخامت کمی هستند بنابراین فضای آزادی را اشغال نمی کنند و خللی در زیبایی شناسی معماری ایجاد نمی کند در صورتی که در روش های ستنی مانند ژاکت بتنی فضای به سبت زیادی اشغال می شود. علاوه بر این الیاف FRP مقاومت کششی بالاتری نسبت به مصالح سنتی بتن و فولاد دارند و همچنین در برابر شرایط محیطی مانند خوردگی ، اسید، سیکل حرارتی مقاوم هستند.
دلیل روز افزون شدن استفاده از الیاف FRP نسبت به روش های ستنی؟
بدلیل ویژگی های متعدد الیاف FRP که باعث بهبود عملکرد مقاوم سازی شده افزایش تولید این الیاف باعث کاهش قیمت این مصالح شده است. همچنین سهولت در حمل و نقل و اجرا و ایجاد نکردن خلل در بهره برداری حین اجرا و کاهش زمان فرایند مقاوم سازی از دیگر ویژگی هایی است که باعث افزایش استفاده از این مصالح جهت مقاوم سازی شده است.
محصولات FRP جهت مقاوم سازی سازه ها به چه اشکالی تولید می شود؟
به شکل نوار (strip)، ورق (sheet) و یا پوشش لمینت (laminate) و یا میلگرد FRP در دسترس می باشد.
موارد استفاده از FRP در مقاوم سازی سازه ها کدام است؟
جهت محصور کردن ستون و افزایش ظرفیت محوری ، مقاوم سازی دال بتنی جهت کاهش خیز و افزایش ظرفیت باربری ، مقاوم سازی خمشی و برشی تیر های بتنی با استفاده از الیاف و یا لمینت FRP ، مقاوم سازی دیوارهای برشی بتنی جهت افزایش ظرفیت کششی و شکل پذیری ، مقاوم سازی اتصالات بتنی جهت افزایش ظرفیت خمشی و برشی و شکل پذیری
آیا از الیاف FRP جهت مقاوم سازی سازه فولادی نیز استفاده می شود؟
هرچند مصالح FRP به عنوان یک روش مقاوم سازی سازه های بتن مسلح از سوی جوامع تحقیقاتی مقبولیت بسیاری پیدا کرده است، مقاوم سازی سازه های فولادی با استفاده از مصالح FRP تاکنون به مانند سازه های بتن مسلح مورد توجه قرار نگرفته است. با این وجود، مقاوم سازی لرزه ای سازه های فولادی با استفاده از مصالح FRP، تدریجا محبوبیت پیدا می کند.
با سلام
مزایا و معایب استفاده از FRP در ساختمان چیست ؟
با سلام
استفاده از frp شامل مزایای زیادی از جمله مقاوم در برابر خستگی پایداری، ابعادی مقاوم در برابر خوردگی، غیر رسانای الکتریکی و …. البته ناگفته نماند که معایبی همچون شکل پذیری پایین ، حساس به شرایط محیطی و… می باشد
وبرای کسب اطلاعات بیشتر در مورد FRP به صفحه کاپوزیت FRP مراجعه فرمایید.
با سلام ، آیا درست متوجه شده ام؟ دورپیچ های frp تک جهته کربن(عمود در طول اعضا) در عملکرد شکل پذیری نقش کاهشی ایفا می کند و فقط به سبب محصورشدگی افزایش مقاومت دارد؟
با سلام و احترام
الیاف FRP چکش پذیر نیستند و شکل پذیری پایینی دارند و یکی از روش های مقاوم سازی با FRP محصور سازی عضود می باشو روش دیگری به عنوان مثال تقویت خمشی تیرهای بتنی مسلح به روش EBR، با چسباندن ورق FRP به وجه کششی تیر انجام میگیرد .
با سلام و خسته نباشید
سوالی داشتم در این راستا که چه تفاوت هایی میان الیاف کربن های تک جهته و دو جهته می باشد ؟ و نوع کاربری آن ها چگونه است ؟
با سلام
الیاف کربن به دو نوع الیاف تک جهته و الیاف دو جهته تقسیم بندی می شوند که هر کدام شامل نوع های مختلفی می باشند
به طور کلی الیاف کربن دو جهته بیشتر استفاده صنعتی دارد و برای آب بندی استفاده میشود
اما الیاف کربن تک جهته بیشتر در سازه ها استفاده می شود
برای کسب اطلاعات بیشتر به لینک زیر مراجعه فرمایید
https://bit.ly/2tigYip
با سلام و خسته نباشید
به چه دلایلی استفاده از کامپوزیت FRP جایگزین فولاد شده است ؟
با سلام و احترام
مزایای زیادی همانند :
مقاومت بسیار بالای کششی، وزن بسیار ناچیز، استحکام بالای خستگی، ضریب انبساط حرارتی بسیار پایین، مقاومت بالا در مقابل خوردگی، شکل‌پذیری بسیار مناسب، سختی بالا، صلبیت بالا، مقاومت کششی بالا، چگالی کم، خواص میرایی بالا، غیر مغناطیسی بودن، دوام بالا در مقایسه با مواد فولادی، مقاومت بالا در برابر ضربه باعث فراگیر شدن الیاف کربن شده است.
با سلام
در چه صورتی مقاومت یک ساختمان کاهش پیدا میکند ؟
با سلام و احترام
هنگامی که یک سازه در طول زمان تحت تاثیر عوامل محیطی همانند خوردگی ، یخ بندان ، ذوب و … و آسیب های ناشی از باد و زلزله و سیل مقاومت آنها کاهش پیدا کرده و نیازمند مقاوم سازی میشود.
سلام
سوالی داشتم در این باره که مقاوم سازی با FRP شامل چه مراحلی میشود ؟
با سلام و احترام
مقاوم سازی با FRP شامل مراحل ترمیم و آماده سازی ترمیم سطح و اختلاط رزین ها و نصب الیاف FRP و اجرای پوشش محافظ می باشد.
سلام
جهت نصب الیاف FRP در مقاوم سازی ستون با FRP گونه باید باشد ؟
با سلام و احترام
در روش مقاوم سازی ستون با الیاف FRP جهت نصب الیاف باید عمود بر راستای ستون، یعنی هم جهت با خاموت های ستون باشد.
با سلام و خسته نباشید
مرسوم ترین روش نصب الیاف FRP چیست ؟ و چگوه انجام می شود ؟
با سلام و احترام
مرسوم ترین روش نصب الیاف FRP به صورت روش دستی انجام می گردد که این روش شامل مراحل مخلوط کردن چسب با FRP اف آر پی ، آماده سازی سطوح ، نظارت و کنترل کیفیت FRP می باشد.
سلام
استفاده از FRP برای مقاومت برشی ستون چگونه استفاده می شود و معمولا از کدام نوع FRP و در چه جهتی استفاده میشود ؟
با سلام و احترام
انتخاب نوع الیاف در مقاوم سازی با تشخیص مهندسین با توجه به شرایط پروژه صورت میگیرد ولی برای مقاومت برشی جهت الیاف FRP عمود بر تیر می باشد .
با سلام و خسته نباشید
به چه دلیلی در هنگام مقاوم سازی تیر مقاوم سازی شده نباید قوی تر از ستون متصل به آن باشد؟
با سلام و احترام
در سازه هایی با قاب خمشی، تیرها علاوه بر تحمل بار های ثقلی باید بار های جانبی ناشی از زلزله را نیز تحمل نمایند. در زلزله های شدید ستون ها نباید آسیبی ببینند و مفصل های خمیری خمشی و برشی باید به تیر ها و یا بادبند ها منتقل شوند بدین منظور به هنگام مقاوم سازی ، همواره تیر مقاوم سازی شده نباید قوی تر از ستون متص به آن باشد.
سلام و خسته نباشید در مقاوم سازی دال های بتنی استفاده از الیاف FRP بازده بیشتری دارد یا استفاده از صفحات فولادی ؟
با سلام و احترام
کامپوزیت FRP می تواند ظرفیت باربری برشی و خمشی مورد نیاز یک دال بتنی را در هر دو ناحیه ممان منفی و ممان مثبت افزایش دهد. در حقیقت از سیستم FRP ظرفیت باربری را بدون تغییر در هندسه دال و همچنین هندسه کلی سازه به طرز چشمگیری افزایش می دهد و از لحاظ هزینه دستمزد و زمان اجرا و راحتی کار استفاده از الیاف FRP پیشنهاد می گردد.
با عرض سلام و خسته نباشید
استفاده از ورق های FRP در تقویت تیر بتنی آیا باعث متوقف نمودن ترک می شود ؟
با سلام و احترام
بکارگیری ورق های FRP در تقویت تیر های بتنی سبب افزایش ظرفیت باربری و کاهش خیز آن می شود. همچنین ترک های ایجاد شده کوچکتر و به طور یکنواخت پخش گردیده اند و وجود لایه های عمودی تقویت ، باعث جلوگیری از پارگی در الیاف خمشی (افقی) می شود.
برای افزایش مقاومت خمشی یک عضو بتنی چه راهکاری وجود دارد ؟
با سلام و احترام
زمانی ستون یا یک عضو فشار تحت بار لرزه ای قرار گیرد مقاوم سازی و بهسازی آن عضو با افزایش شکل پذیری انجام می گیرد و میتوان با صفحات FRP به صورت طولی در امتداد ستون مسئله افزایش مقاومت خمشی آن را نیز تامین نمود
با سلام و خسته نباشید برای افزایش مقاومت و همچنین شکل پذیری تیر بتنی استفاده از کدام نوع FRP را پیشنهاد میدهید؟
با سلام و احترام
استفاده از پوشش FRP جهت مقاوم سازی تیر بتنی ، افزایش شکل پذیری تیر را دارا می باشد.
با سلام و خدا قوت
چسب هایی که در مقاوم سازی با FRP استفاده می گردد دارای چه مقاومتی می باشند ؟
با سلام و احترام
چسب و رزین هایی که در چسباندن نوار ها و الیاف FRP مورد استفاده قرار می گیرند به گونه ای است که مقاومت آنها از مقاومت بتن بیشتر است و به همین دلیل در اغلب حالات شکست در بتن رخ می‌دهد و شکست در لایه چسب به ندرت رخ می‌دهد.
سلام و درود
مقاوم سازی ستون های بتنی با FRP چه مزیتی دارد و چه مقدار زمان میبرد ؟
با سلام و احترام
مقاوم سازی ستون های بتن مسلح با FRP، از گسیختگی نابهنگام پوشش بتن و کمانش میلگردهای فولادی طولی جلوگیری کرده و در نتیجه عملکرد ستون را تحت بارگزاری لرزه ای بهبود می بخشد. در این حالت با افزایش ظرفیت تغییرشکل ستون محصور شده با FRP، کمانش میلگردها مهار و از تاثیر تغییر شکل برشی بر روی ظرفیت آن جلوگیری می شود.
سلام و وقت بخیر
آیا مواد FRP در برابر خستگی مقاومتی دارند ؟
با سلام و احترام
حستگی خاصیتی است که در بسیای از مصالح ساختمانی وجود داشته و در مقایسه با فولاد ، رفتار مصالح FRP در پدیده ی خستگی بسیار عالی است
سلام و خسته نباشید
آیا راهکاری برای افزایش استحکام الیاف FRP برابر آتش در مقاوم سازی سازه بتنی وجود دارد ؟
با سلام و احترام
سیستم های FRP در مقابل آتش و حرارت مقاومت کمی از خود دارند اما ترکیب الیاف های FRP با سازه های بتنی، سازه میتواند دوام قابل توجهی در برابر آتش از خود نشان دهد.
سلام و خسته نباشید
برای فولادهای خورده شده بتن چه راهکاری برای مقاوم سازی مناسب می باشد ؟
با سلام و احترام
فولادها در سازه‌هایی که در محیط‌های تهاجمی از قبیل سازه‌های دریایی، پل‌ها، پارکینگ که در معرض نمک‌‌های یخ قرار می‌گیرند و موجب خوردگی فولادها میشود که در نهایت به تخریب سازه‌های بتنی میشود. به همین دلیل از میلگردهای FRP که در برابر خوردگی مقاوم می‌باشند استفاده می‌گردد.
سلام
در باره مقاوم سازی میان قابها با ورق های frp توضیح میدهید
با عرض سلام، بله حتما، میان قابها که در واقع دیوارهای غیرسازه ای هستند که داخل یک قاب سازه‌ای قرار گرفته اند همواره نیاز به مقاوم سازی دارند، به منظور مقاوم سازی آنها باید از وال پست استفاده نمود که به صورت پروفیل های فولادی دیوار را بدون اینکه اتصال گیرداری با قاب اصلی داشته باشند گیردار نموده البته امروزه روشهایی برای مقاوم سازی دیوارهایی که فاقد وال پست پروفیل فولادی هستند ارائه شده است، در این روش از ورقهای FRP به منظور مقاوم سازی این دیوارها استفاده میشود در صورتی که مایل هستید اطلاعات بیشتری در حوزه وال پست های نوین بدست آورید مقاله وال پست مش یا وال مش را مطالعه فرمایید.