امروزه به علت عوامل متعدد مانند تغییر آیین نامه های بارگذاری، تغییرکاربری، آسیب دیدگی و یا عدم اجرای مناسب نیاز به ارزیابی، بازنگری و طراحی مجدد سازه های موجود وجود دارد تا در صورت لزوم تقویت شوند. در این راستا، مقاوم سازی دال ها از اهمیت ویژه ای برخوردار است مخصوصاً زمانی که سازه دچار آسیب دیدگی می شود، لزوم به کارگیری روش های کوتاه مدت جهت مقاوم سازی آشکار می شود. یکی از روش های بسیار کارآمد و کوتاه مدت مقاوم سازی دال بتنی، استفاده از الیاف FRP می باشد.
در صورتی که قسمت فشاری در مقطع تحت خمش کفایت لازم را نداشته باشد، می توان ازچسباندن ورق های FRP به جان و یا پیچیدن آن به دور مقاطع آسیب دیده دال بتنی استفاده کرد.
دلایل نیاز به مقاوم سازی دال بتنی با اف آر پی (FRP)
سازه های بتن آرمه تحت تأثیر شرایط محیطی دشوار دچار فرسودگی های شدید می گردند. دال بتنی به دلایلی همچون تغییر کاربری و یا تغییر آیین نامه های بارگذاری و طراحی در برخی از موارد نیاز به تقویت و ترمیم دارند دال های بتنی که در پل ها و سازه های بتنی دچار فرسودگی شده اند باید با استفاده از روشهای مقاوم سازی با حفظ بهره برداری از این سازه ها تقویت شوند. البته استفاده از مواد کامپوزیتی FRP به علت مقاومت بسیار خوب این نوع مصالح در برابر خوردگی در سازه های بتنی در معرض عوامل جوی ، کاربرد چشم گیری در مقاوم سازی دال بتنی پیدا کرده است و همچنین به علت سهولت اجرای این نوع از مصالح ، از روشهای مطلوب در مقاوم سازی انواع سازه ها به شمار می رود.
سازه های بتنی از جمله دال بتنی در اثر زمان، در تماس با سولفات ها،کلریدها و سایر عوامل خورنده دچار آسیب های اساسی شده اند که جبران خسارات وارده و بازسازی ساختمان ها و تأسیسات تخریب شده در زلزله هزینه های بسیار زیادی بر دولت ها تحمیل می نماید در نتیجه چند سالی است که کشورها فعالیت های مختلفی را برای ارزیابی و مقاوم سازی ساختمان ها آغاز نموده اند و در این زمینه نشریات و آیین نامه های مختلفی نیز تدوین شده است. یکی از نشریات معتبر دنیا در زمینه مقاوم سازی مجموعه نشریاتی است که توسط سازمان مدیریت بحران آمریکا در زمینه ارزیابی و مقاوم سازی سازه های گوناگون منتشرشده است. در کشور ما نیز در سال های اخیر آیین نامه ها و نشریات مختلفی در زمینه مقاوم سازی ساختمان های مختلف تدوین شده است که مهم ترین آن نشریه ۳۶۲ دستورالعمل بهسازی لرزه ای ساختمان های موجود میباشد.
تلاش محققان در سالهای اخیر در راستای مقاوم سازی به منظور تقویت ساختمان های فرسوده به خاطر بالا بردن ظرفیت خمشی اعضای بتنی باعث ارائه راه کارهای جدیدی در علم مهندسی ترمیم سازه ها شده است که با جایگزینی شیو ه های جدید مقاوم سازی در جهت سهولت مقاوم سازی و بالا بردن ظرفیت سازه باعث شده تا مهندسین سازه به استفاده از سیستم های پلیمری تقویت شده با FRP روی بیاورند همچنین عدم ساخت وساز صحیح و اصولی بعضی از ساختمانها و تأسیسات در گذشته و آسیب پذیر بودن آنها در برابر زلزله را می توان به عنوان یکی از مهم ترین سیاست های اصولی دولت در چند سال آینده قرار داد. در سال های اخیر آیین نامه های طراحی سازه های مقاوم در برابر زلزله با اهمیت بیشتری موردتوجه کارشناسان امر قرارگرفته است و همچنین بنابر تحقیقات انجام شده، مقاوم سازی به شیوه های قدیمی پاسخ گوی مسائل امروزه سازه ها نبوده و یافتن راهکارهای جدید جهت ترمیم و بهسازی سازه های موجود از چالش های اساسی مهندسین سازه می باشد.
تعمیر و جایگزینی سازه های بتنی از جمله دال بتنی آسیب دیده میلیون ها دلار خسارت در دنیا به دنبال داشته است. مواد کامپوزیتی اف آر پی موادی بسیار مقاوم در مقابل محیط های خورنده و جایگزینی بسیار مطمئن برای تقویت اجزای بتنی از نقطه نظر تحمل بارهای مضاعف طراحی، بهبود نارسایی های ناشی از فرسودگی، افزایش شکل پذیری سازه و غیره می باشند.
به همین دلیل امروزه کامپوزیتهای FRP موضوع تحقیقات توسعه ای وسیعی برای تقویت اجزای بتنی و جایگزینی با قطعات و میلگردهای فولادی وکابلهای پیش تنیده شده است. از آن جمله می توان به مقاوم سازی ستون بتنی با FRP اشره کرد.
انوع سقف ها و کف های سازه ای با استفاده از الیاف اف آر پی قابل مقاوم سازی شدن هستند از جمله، سقف های کامپوزیت، دال یک طرفه بتنی، دال دو طرفه بتنی، سقف های طاق ضربی، سقف های تیرچه بلوک وسقف های تیرچه کرومیت.
انواع روش های تقویت دال بتنی توسط FRP
دال های بتن آرمه متشکل از دو قسمت عمده بتن و آرماتور می باشند و به جهت ضعف این دال ها در برابر خوردگی و تغییر شکل (خیز میانی دال)، آرماتورهای دال نقش پررنگی در افزایش سختی و مقاومت دال ایفا می نمایند.
دال ها اجزای مهمی در سازه هستند که بارهای اعمال شده به سازه را تحمل می کنند. دال بتنی مسلح یک عضو سازه ای است که به منظور دستیابی به سطوح صاف و تخت در سازه ها مورد استفاده قرار می گیرند. دال ها بسته به شرایط تکیه گاهی آن رفتارهای خمشی متفاوتی را نشان می دهند. دال ها ممکن است فقط روی دو لبه مقابل تکیه داشته باشند که در آن صورت رفتار سازه ای دال یک طرفه می باشد. بدین معنی که بارهای وارد بر دال توسط دو گروه نوارهای عمود برهم حمل شده و به تیرهای چهارطرف منتقل می شود. در بعضی حالات ممکن است از تیرهای میانی استفاده شود. در یک دال دو طرفه اگر نسبت طول به عرض چشمه دال بزرگتر از۲ باشد، اکثر بارها در امتداد دهانه کوتاه تر دال حمل شده و به تیرهای دهانه بزرگتر منتقل می شوند. در چنین حالتی حتی با وجود تیرهای تکیه گاهی در چهار طرف، رفتار دال بتنی یک طرفه خواهد بود.
دال های بتن مسلح در مواقعی بدون استفاده از تیر، مستقیماً روی ستون ها تکیه دارند. این گونه دال ها به دال های تخت موسومند و مورد استفاده آن ها در مواقی است که دهانه ها خیلی بزرگ و بارهای وارده سنگین نباشند.
با توجه به اینکه در دال های تخت در مجاورت ستون ها لنگرهای منفی تکیه گاهی و تنش های ناشی از برش بالا می باشند، گاهی مواقع سرستون ها را به صورت مخروطی در آورده و ضخامت دال را در اطراف ستون قدری افزایش می دهند. به ناحیه مخروطی ستون ،سرستون و به ناحیه برجسته دال(برجسته از زیر)، کتیبه و به دال حاصل ، دال قارچی می گویند.
نوع دیگری از دال که عملکرد آن شبیه دال تخت یا قارچی است، دال تخت مجوف می باشد . در دال مجوف از وزن مرده دال به شدت کاسته می شود. به خاطر بالا بودن مقاومت برشی دال در اطراف ستون ها آن ها را به صورت توپر در می آوردند. علاوه بر دال های فوق که روی تیرها یا ستون ها تکیه دارند، گاهی مواقع دال مستقیماً روی بستر زمین تکیه دارد. مثال هایی از این نوع را می توان در روسازی فرودگاه ها، جاده ها و یا کف زیر زمین ساختمان های معمولی مشاهده نمود. در چنین مواردی قبل از ساختن دال بتن مسلح، باید یک زیرسازی خوب با مصالح منتخب طبق مشخصات فنی ساخته و کوبیده گردد.
تفاوت دال بتنی یک طرفه و دو طرفه در توزیع و انتقال نیرو به دو صورت یک طرفه و دو طرفه می باشد. دال دو طرفه به دلیل این که نیرو را به دوراستا تقسیم می کند عملکرد مناسب تری نسبت به دال یک طرفه دارد. دال عموماً در ساختمان اسکلت بتنی عملکرد خوبی دارند و برای اسکلت فولادی مناسب نمی باشند.
به منظور افزایش ظرفیت باربری دال بتنی برای بارهای زنده و یا بازگرداندن مقاومت از دست رفته دال به موجب خوردگی در فولاد ، کمبود مقاومت فشاری بتن، افزایش مقاومت خمشی- برشی بتن می توان از روش مقاوم سازی مصالح FRP همچون الیاف کربن تک جهته و یا پارچه کربن دو جهته استفاده کرد. همچنین در صورت تعبیه بازشو در دال بتنی می توان ناحیه اطراف آن را به راحتی با این مصالح مقاوم سازی کرد. برای این منظور می توان با توجه به شرایط پروژه الیاف را از بالا و پایین به دال چسباند که تنها پس از ۲۴ ساعت سیستمی با مقاومت تا بیش از ۳ برابر فولاد حاصل می شود. قابل ذکر است که با توجه به ضخامت کم این مصالح مشابه یک کاغذ دیواری می توانند بر روی سطح قرار بگیرند. تعداد لایه ها و زاویه قرارگیری لایه ها باید توسط محاسبات بدست آید.
دال ها عملاً وظیفه تحمل بارهای قائم را دارند ولی چون عملکرد دیافراگم افقی نیز دارند، باید با اعضای مقاوم جانبی سازه اتصال داشته و از سختی و مقاومت کافی برخوردار باشند. در واقع مقاوم سازی دال های بتنی با FRP می تواند ظرفیت خمشی آن را افزایش دهد. با این روش همچنین ظرفیت اصلی دال که به دلیل خوردگی فولاد کاهش پیدا کرده است را می‌تواند باز گرداند. بکارگیری مصالح پلیمری مسلح شده با الیاف (FRP) بجای مصالح سنتی و شیوه‌های موجود روشی است که امروزه در دنیا متداول میباشد. تقویت دال بتنی با اف آر پی ضمن سبک بودن از مقاومت کششی بالائی برخوردار می‌باشند. امروزه قیمت مقاوم سازی ساختمان با FRP بسیار پایین بوده و نحوه اجرای آن بسیار آسان و ارزان میباشد.
الیاف اف آر پی در شرایط مختلف با اهداف مختلف و به اشکال متفاوت به دال ها متصل می شوند. استفاده از اجزای FRP به عنوان تقویت ، راه حلی مؤثر برای غلبه بر مسائل طول عمر سازه های بتن آرمه به نظر می رسد.
دال بتنی یک طرفه با تکیه گاه ساده را می توان با چسباندن نوارها یا صفحات اف آر پی در سطوح تحتانی آنها و در راستای طولی، مقاوم سازی نمود.
سوالات متداول
لزوم مقاوم سازی دال با استفاده از الیاف FRP چیست؟
تغییر در کاربری و بارگذاری ، ایجاد بازشو در دال ، طراحی و یا اجرای غیر صحیح ، تغییر آیین نامه های طراحی و یا بارگذاری ، تخریب شیمیایی بتن و یا خوردگی میلگرد از جمله عواملی است که نیاز به مقاوم سازی دال های بتنی آن هم با کمترین زمان ممکن و کمترین افزایش وزن را ضروری می کند.
مقاوم سازی دال چه تاثیری در عملکرد آن دارد؟
وظیفه دالها تحمل بارهای ثقلی ساختمان و انتقال به تیرهای می باشد و مهمترین ضعف آنها ضعف خمشی بخصوص در دهانه بلند است که سبب افزایش خیز و ایجاد ترک در دال می شود بنابراین با مقاوم سازی دالها آنها را تحمل بارهای وارده کمک کرده و از ایجاد و گسترش ترک های موجود جلوگیری می کنیم همچنین دالها بدلیل برخورد احتمالی با مواد شیمیایی و خورنده بخصوص در کارگاه ها و آزمایشگاه های صنعتی بیشتر مورد تخریب قرار می گیرند و الیاف FRP با خواص ضد شیمیایی و ضد خوردگی از آنها محافظت می کنند.
مزایا و تاثیرات مقاوم سازی دال بتنی با FRP چیست؟
افزایش مقاومت خمشی ، تقویت و افزایش مقاومت برشی ، افزایش سختی و کاهش خیز در بارهای سرویس ، افزایش شکل پذیری ، ترمیم و تقویت ناشی از خوردگی ، افزایش مقاومت در برابر خوردگی ، صرفه اقتصادی نسبت به روش های معمول ، سهولت در اجرا
جهت الیاف در مقاوم سازی دال به چه عاملی بستگی دارد؟
جهت الیاف در مقاوم سازی دال هم راستا با جهت توزیع نیرو در دال می باشد بطوریکه مقاوم سازی دال یکطرفه در جهت توزیع بار و در یک جهت اجرا می شود در صورتی که تقویت دال دو طرفه در دو جهت اجرا می شود.
