یکی از کارهایی که معمولاً توسط پیمانکاران بتن انجام می شود، مقاوم سازی ستون است. این فرآیندی است که برای افزودن یا بازیابی ظرفیت بارگذاری نهایی ستون های بتن مسلح استفاده می شود. برای مقاوم‌سازی لرزه‌ای، تحمل بار زنده یا بار مرده اضافی که در طرح اصلی گنجانده نشده است. همچنین برای کاهش تنش‌های ناشی از خطاهای طراحی یا ساخت و یا بازگرداندن ظرفیت بار اولیه به عناصر سازه ای آسیب‌دیده استفاده می‌شود. تکنیک‌های مختلفی برای مقاوم سازی ستون‌های بتن آرمه در ساخت‌وساز استفاده می‌شود. از جمله می توان پوشش‌های بتن آرمه، ژاکت فولادی، و محصور کردن یا ژاکت‌سازی با FRP را نام برد. در این مقاله نگاهی گذرا به چگونگی مقاوم سازی ستون توسط پیمانکاران ساختمان بتنی خواهیم داشت.
اما واقعاً چه زمانی به مقاوم سازی ستون های بتن مسلح نیاز است؟
- زمانی که بار تحمل شده توسط ستون به دلیل افزایش تعداد طبقات و اشتباه در طراحی افزایش می یابد.
- زمانی که مقاومت فشاری بتن یا درصد و نوع آرماتور مطابق با الزامات آیین نامه نباشد.
- زمانی که انحراف ستون بیش از حد مجاز باشد.
- زمانی که نشست در پی بیش از حد مجاز باشد.
تکنیک های مقاوم سازی ستون های بتنی مسلح
سه تکنیک عمده برای مقاوم سازی ستون های بتن مسلح استفاده می شود:
پوشش بتن مسلح
یکی از تکنیک هایی است که برای مقاوم سازی ستون استفاده می شود. اندازه ژاکت و تعداد و قطر میلگردهای فولادی مورد استفاده در فرآیند ژاکت گذاری به تحلیل ساختاری ستون بستگی دارد.
فرآیند پوشش بتن مسلح:
- در ابتدا، در صورت نیاز، بارهای روی ستون ها را به طور موقت کاهش دهید یا حذف کنید. این کار با قرار دادن جک های مکانیکی و پایه های اضافی بین طبقات انجام می شود.
- اگر متوجه شدید که آرماتورها خورده شده اند، پوشش بتنی را برداشته و با استفاده از برس سیمی یا کمپرسور شن و ماسه، آن را تمیز کنید.
- سپس میله های فولادی را با یک ماده اپوکسی بپوشانید که از خوردگی جلوگیری کند.
- اگر نیازی به کاهش بار و تمیز کردن بتن نباشد، فرآیند ژاکت بندی با افزودن اتصالات فولادی به ستون موجود آغاز می شود.
- اتصالات فولادی با ایجاد سوراخ هایی به اندازه 3-4 میلی متر بزرگتر از قطر اتصال دهنده های فولادی استفاده شده و عمق 10-15 سانتی متر به ستون اضافه می شوند.
- فاصله رکاب های جدید ژاکت در دو جهت عمودی و افقی نباید از 50 سانتی متر بیشتر باشد. سوراخ ها را با مواد اپوکسی مناسب پر کنید سپس کانکتورها را داخل سوراخ ها قرار دهید.
- افزودن اتصالات فولادی عمودی برای بستن میله های فولادی عمودی ژاکت به دنبال همان دو روش قبلی.
- نصب میلگردهای فولادی عمودی جدید و رکاب ژاکت با توجه به ابعاد و قطرهای طراحی شده.
- پوشش ستون موجود با ماده اپوکسی مناسب که پیوند بین بتن قدیمی و جدید را تضمین می کند.
- ریختن بتن ژاکت قبل از خشک شدن مواد اپوکسی. بتن مورد استفاده باید دارای انقباض کم باشد و از سنگدانه های کوچک، ماسه، سیمان و مواد اضافی برای جلوگیری از انقباض تشکیل شده باشد.
مزایای مقاوم سازی پوشش بتن مسلح
با ژاکت های بتن مسلح افزایش قابل توجهی در مقاومت، هم خمشی و هم برشی، و ظرفیت باربری عمودی عضو حاصل می شود. علاوه بر این، از طریق محصور شدن و عملکرد ضد کمانش رکاب های جدید، افزایش قابل توجهی در شکل پذیری و ظرفیت تغییر شکل عضو وجود دارد.
مقاوم سازی با ژاکت فولادی
این تکنیک مقاوم سازی ستون زمانی انتخاب می شود که بارهای وارده به ستون افزایش یابد و در عین حال افزایش سطح مقطع ستون مجاز نباشد.
فرآیند مقاوم سازی با ژاکت فولادی:
- برداشتن پوشش بتنی.
- تمیز کردن میله های فولادی تقویت کننده با استفاده از برس سیمی یا کمپرسور شن و ماسه.
- پوشش میله های فولادی با مواد اپوکسی که از خوردگی جلوگیری می کند.
- نصب ژاکت فولادی با اندازه و ضخامت مورد نیاز مطابق طرح و ایجاد منافذی برای ریختن مواد اپوکسی که پیوند مورد نیاز بین ستون بتنی و ژاکت فولادی را تضمین می کند.
- پر کردن فضای بین ستون بتنی و ژاکت فولادی با ماده اپوکسی مناسب
در برخی موارد که ستون برای تحمل لنگر خمشی و انتقال موفقیت آمیز آن در طبقات مورد نیاز است، باید طوق فولادی را با استفاده از پیچ و مهره یا مواد اتصال دهنده مناسب در گردن ستون نصب کرد.
مزایای مقاوم سازی با ژاکت فولادی:
ساخت ژاکت فولادی ساده و آسان برای کار است، می تواند به طور قابل توجهی ظرفیت حمل حدس و گمان ساختاری را بهبود بخشد و نسبتا قابل اعتماد است. در عین حال، ژاکت فولادی تأثیر کمی در استفاده از فضا دارد، حجم کار در سایت نیز کم است و زمان ساخت کوتاه است. ژاکت فولادی نه تنها محصور شدن کافی را فراهم می کند بلکه از خراب شدن بتن پوسته نیز جلوگیری می کند که دلیل اصلی شکست باند و کمانش میلگردهای طولی است.
محصورکردن با ژاکت FRP
سیستم های مقاوم سازی پلاستیک تقویت شده با الیاف (FRP) برای بهبود یا افزایش ظرفیت ستون های بتن مسلح استفاده می شود. می توان از آن برای ستون های دایره ای و مستطیلی شکل استفاده کرد اما در شکل قبلی موثرتر است. مقاوم سازی با FRP معمولاً با ارائه پلیمر تقویت شده با الیاف (FRP) در اطراف ستون های بتن مسلح انجام می شود. این تکنیک تقویتی به طور خاص در زمانی که ستون دایره ای است تأثیرگذار است. اما اگر ستون بتن آرمه مستطیل باشد و نسبت عمق به عرض ستون بزرگتر از 2 باشد یا کوچکترین ضلع ستون بیشتر از 900 میلی متر باشد، در این روش ACI 440.2R-08 استفاده نمی شود.
ناکارآمدی محصور شدن ستون مستطیلی یا مربعی ممکن است به توزیع غیریکنواخت تنش و تمرکز تنش در گوشه مقطع نسبت داده شود. این ممکن است منجر به شکست زودرس عضو تقویت شده شود. برای محصور کردن و بهبود موثر باید ستون های بتنی مسلح را به طور کامل با FRP پوشاند. بر خلاف تقویت خمشی و برشی تیرهای بتن مسلح، FRP ها که ستون را احاطه کرده و تنها در صورتی فعال می شوند که عضو به صورت جانبی بزرگ شود و بر FRP ها فشار وارد کند. این بدان معنضی است که تقویت تیر یک سیستم فعال است در حالی که تقویت ستون یک سیستم غیرفعال است.
مزیت کامپوزیت FRP
پلیمر تقویت شده با الیاف FRP مزایای زیادی نسبت به مواد و روش های سنتی مقاوم سازی بتن دارد. مقاوم سازی سازه های بتنی با استفاده از این کامپوزیت مزایایی برای پیمانکاران و صاحبان املاک دارد.
- از آنجایی که پارچه FRP نازک و انعطاف پذیر است، FRP را می توان روی سطح منحنی اعمال کرد.
- نسبت مقاومت به وزن الیاف کربن حدود ده برابر آلیاژ فولاد است و حتی مقاومت کششی نهایی کامپوزیت FRP عمل آوری شده نزدیک به دو یا سه برابر قوی تر از فولاد تقویت کننده 60ksi است.
- استفاده از کامپوزیت FRP در یک سازه اخلال کمتری برای کارکرد های تجاری است.
