می دانیم بتن یک مصالح ساختمانی با مقاومت فشاری بالا و مقاومت کششی پایین می باشد. یک تیر بتنی بدون آرماتور وقتی تحت بار بسیار کمی هم قرار گیرد ترک خورده و از کار می افتد. در اکثر موارد شکست به صورت ناگهانی و شکننده اتفاق می افتد. معمول ترین روش برای تقویت سازه بتنی استفاده از میلگرد های فولادی است که قبل از ریختن بتن در سازه جایگذاری می شود. از آنجایی که یک سازه بتنی معمولاً عمر بسیار طولانی دارد، کاملاً متداول است که تقاضای سازه با گذشت زمان تغییر می کند. سازه ها ممکن است مجبور باشند بارهای بزرگتری را در طول زمان تحمل کنند یا استانداردهای جدید را رعایت کنند. در بعضی موارد ممکن است سازه به دلیل سانحه نیاز به تعمیر داشته باشد. دلیل دیگر می تواند این باشد که در مرحله طراحی یا ساخت اشتباهاتی صورت گرفته است به طوری که سازه قبل از استفاده نیاز به تقویت داشته باشد. در صورت بروز هر یک از این شرایط، باید تعیین شود که سازه باید تقویت شود یا جایگزین شود. اگر تشخیص داده شد که سازه نیاز به تقویت دارد، مقاوم سازی با اف آر پی یکی ازز گزینه های مناسب است.
ضرورت مقاوم سازی ساختمان
بسیاری از ساختمان‌هایی که هنوز وجود دارند، دستورالعمل‌های موجود را برآورده نمی‌کنند و زلزله‌های اخیر در سراسر جهان، مردم را نسبت به ایمنی جان و مال آگاه‌تر کرده است.
دلایل زیادی برای مقاوم سازی ساختمان های موجود وجود دارد. به طور خلاصه به شرح زیر است:
- برای از بین بردن مشکلات ساختاری که ناشی از شرایط بارگذاری یا قرار گرفتن در شرایط غیرمعمول، طراحی ناکافی، یا شیوه های ساخت و ساز ضعیف است. آسیب دیدگی ممکن است ناشی از بارهای اضافی، آتش سوزی، سیل، نشست فونداسیون، خرابی ناشی از ساییدگی، اثرات خستگی، حمله شیمیایی، هوازدگی، نگهداری ناکافی و غیره باشد.
- مطابق با دستورالعمل و استانداردهای فعلی باشد
- اجازه امکان تغییر کاربری یک سازه برای تطبیق کاربری متفاوت با کاربری فعلی.
- مشکلات دوام ناشی از مصالح ساختمانی ضعیف یا نامناسب.
- خطاهای طراحی یا ساخت
- محیط های خورنده درزمان طراحی به درستی شناسایی نشده اند.
- افزایش تقاضای طول عمر در زیرساخت های قدیمی
- بارگیری استثنایی یا اتفاقی
- طول عمر متفاوت اجزای سازه ای یا غیر سازه ای
مقدمه ای برای مقاوم سازی با اف آر پی
روش های مختلفی برای تقویت سازه های بتنی موجود وجود دارد مانند: تغییر سطح مقطع، پیش تنیدگی خارجی، تغییر سیستم استاتیک یا طراحی که در جایی که داده ها و بارهای واقعی مواد در نظر گرفته می شود، حتی دقیق تر است. یکی دیگر از روش‌های مقاوم سازی، پیوند صفحه‌ای FRP (پلیمرهای تقویت‌شده با الیاف) است. مواد FRP گروهی از کامپوزیت های پیشرفته متشکل از الیاف با مقاومت بالا و مدول بالا هستند که در یک ماتریس با ویژگی های رابط متمایز تعبیه شده اند. هم الیاف و هم ماتریس ماهیت فیزیکی و شیمیایی خود را حفظ می‌کنند، اما خواص متمایزی را تولید می‌کنند که هر یک از اجزای سازنده به تنهایی نمی تواند به وجود آوررد.
روشی که اغلب برای بهبود ظرفیت باربری سازه مورد استفاده قرار می گیرد، اتصال ورقه های پارچه یا الیاف کامپوزیت به سازه است. فیبر موجود در کامپوزیت می تواند از شیشه، آرامید یا کربن تشکیل شده باشد.
مورد دوم بارها و بارها ثابت شده است که در ساخت سازه های بتنی مطلوب است. چسبی که برای چسباندن پارچه یا لمینت به سطح بتن استفاده می شود یک چسب اپوکسی دو جزئی مقاوم است که همراه با الیاف به کامپوزیت پلیمر روی سطح سازه تبدیل می شود. ساختار قدیمی و مواد پیوند شده جدید یک رابطه ساختاری ایجاد می کند که مقاومت بیشتری نسبت به ساختار اصلی دارد.
کاربردهای روش مقاوم سازی با اف آر پی
در گذشته، هزینه بالای مواد FRP، کاربرد آن ها را در مناطقی که کاهش وزن مهمتر از هزینه بود، محدود می کرد، مانند صنایع هوافضا و کالاهای ورزشی. اخیراً، نیاز به ارتقا و تعمیر زیرساخت منجر به افزایش تحقیقات و استفاده از مواد FRP در کاربردهای مهندسی سازه شده است. برای تعمیر سازه های موجود، لمینت های FRP (با ضخامت تقریبی 1 تا 2 میلی متر) به سطح کششی تیرها و دال ها چسبانده شده اند. ورق‌ها و پارچه‌های FRP برای بهبود شکل‌پذیری و مقاومت به دور ستون‌های دایره‌ای پیچیده شده‌اند و برای افزایش مقاومت برشی به دور تارهای تیرها پیچیده شده‌اند. ویژگی های غیر خورنده و مقاومت بالای FRP آن را به جایگزینی جذاب برای آرماتورهای فولادی در سازه های بتنی تبدیل کرده است. FRP به صورت میلگرد و کابل هم به عنوان آرماتور معمولی و هم به عنوان رکاب در سازه های بتنی جدید استفاده می شود.
اولین سوالی که باید در مورد کامپوزیت های الیافی در صنعت ساختمان مطرح شود این است که آیا در مقایسه با مصالحی که امروزه استفاده می شود، مزیتی دارند؟پاسخ به این بدون شک “بله” است. دوام سازه های بتنی اغلب به خوردگی در آرماتورهای فولادی مربوط می شود. به زبان ساده – عدم وجود فولاد، به وجود نیامدن خوردگی. علاوه بر این، این مواد دارای مقاومت بالا، وزن کم و انعطاف پذیری هستند، به عنوان مثال. انواع جدیدی از سازه ها را می توان ساخت که چند سال پیش غیرممکن بوده. از منظر کوتاه‌تر، احتمالاً جالب‌ترین کاربردها در حوزه‌های نگهداری، تعمیر و مقاوم سازی سازه‌های موجود است. ساختمان‌های موجود در جهان روز به روز قدیمی‌تر می‌شوند و با وجود اینکه بخش زیادی از آن از نظر عملکردی توانمند هستند، مقدار زیادی نیز نیاز به تعمیر یا مقاوم‌سازی دارند. زیرساخت هایی مانند پل ها تحت تأثیر تقاضای جامعه برای افزایش بار به دلیل افزایش فشار محور مجاز و وزن کل هر وسیله نقلیه است. این به نوبه خود منجر به نیاز به ارتقاء با توجه به ظرفیت حمل بار می شود.
مزایای استفاده از FRP در پروژه های مهندسی عمران و مقاوم سازی
عوامل زیادی می توانند بر بسیاری از مشکلات سازه ای و ضعیف بودن بتن تأثیر بگذارند، اما راه حل های فنی وجود دارد. برخی از این عوامل عبارتند از: هزینه مواد، نیاز به مقاومت و سختی مکانیکی، مقاومت در برابر ضربه، مقاومت در برابر اثرات محیطی، خواص طولانی مدت مانند سستی و خزش، روش های کاربرد و تولید. علاوه بر این، در برخی موارد ممکن است مشتری با راه حل مورد نظر آشنا نباشد و بنابراین روش مرسوم تری را انتخاب می کند. با این حال، مقاوم سازی با اف آر پی چندین مزیت بالقوه دارد:
- جابجایی و انتقال
مواد کامپوزیتی که برای مقاومت قسمتی استفاده می شوند بسیار سبک بوده و کار با آن آسان است. در مقایسه با اتصال ورق فولادی که در آن صفحاتی با طول بیش از 2 تا 3 متر عملا قابل جابجایی نیستند، در اینجا می توان صفحات یا ورق های با طول زیاد را جابجا کرد.
- دوام و نگهداری
کامپوزیت های فیبر کربن دارای دوام ویژه، خواص خستگی طولانی مدت هستند و نیازی به نگهداری در طول زمان ندارند.
- لایه های تقویت کننده نازک
لایه های نازک تقویت کننده در بسیاری از شرایط می توانند سودمند باشند. لایه های نازک ابعاد ساختار موجود را تغییر نمی دهند و همچنین می توانند با پوشش های بتنی نازک یا مواد محافظ سطح ترکیب شوند. کاربرد آن ها می تواند در زیرگذرهای کم ارتفاع برای عبور و مرور باشد، در غیر این صورت به روش های پیچیده مقاوم سازی نیاز است.
- مدت زمان ساخت
زمان همیشه یک عامل مهم در صنعت ساخت و ساز است. اگر بتوان زمان را کاهش داد – می توان در هزینه ها صرفه جویی کرد.مقاوم سازی با اف آر پی اغلب می تواند در مدت زمان کم و بدون اختلال در عبور و مرور انجام شود و سخت شدن ماده چسباننده زمان کوتاهی می برد.
- هزینه
هزینه مقاوم سازی با کامپوزیت ها در مقایسه با روش های سنتی اغلب کمتر است، حتی اگر هزینه مواد بیشتر باشد.
