امروزه مقاوم سازی و بهسازی سازه های موجود بخش اعظم فعالیت های ساختمانی را به ویژه در کشورهای پیشرفته تشکیل می دهد. وجود ضعف اولیه در طراحی و اجرا، تغییر کاربری برخی سازه ها و افزایش بارهای وارده و همچنین کاهش سطح عملکرد سازه های بتن مسلح به علت گذشت زمان و زوال بتن از دلایل نیاز به بهسازی و مقاوم سازی سازه های بتن مسلح است. یکی از مسائل تعیین کننده ی رفتار سازه های بتنی در مقابل بار زلزله، رفتار اتصال و شکل پذیری مناسب آن است. در حقیقت شرط رسیدن به شکل پذیری کافی در تیرها و ستون ها آن است که اتصال از مقاومت و شکل پذیری کافی در تحمل بارهای نهایی تیر و ستون برخوردار باشد. در بسیاری از سازه های بتن مسلح که در معرض زلزله های شدید قرار گرفته اند، شکست برشی اتصال مشاهده شده است. این امر ممکن است به دلیل این باشد که سازه های بتن مسلح در منطقه ى اتصال تیر و ستون خود از لحاظ تقویت های عرضی ناکافی یا بر اساس طراحی ستون ضعیف تیر قوی، مطابق با آیین نامه های قبلی (بدون جزییات لرزه ای) انجام شده باشد. در نتیجه ظرفیت برشی آن اتصال کم باشد.پس شکست اتصال تیر ستون باعث آسیب های جدی و فروپاشی ساختمان می شود.
امروزه مقاوم سازی و تقویت ظرفیت اتصال در حوزه ی طراحی لرزه ای برای سازه های بتن مسلح از مسائل مهم است و یکی از دغدغه های طراحان به شمار میآید.
یکی از موثرترین راه های مقاوم سازی ستون های بتنی، محصور کردن خارجی آنها با دورپیچ پلیمرهای مسلح با الیاف FRP است.
پوشش الیاف کربن با CFRP موادی غیر فلزی و مقاوم در برابر خوردگی هستند که این ویژگی ها در کنار خواص مهم دیگر مانند مقاومت کششی زیاد آن ها را برای استفاده به عنوان آرماتور مناسب می دانند. از آنجایی که CFRP ها مصالحی ناهمسان گرد هستند نوع و مقدار فیبر و رزین استفاده شده، سازگاری فیبر و کنترل کیفیت لازم هنگام ساخت آن نقش اصلی را در بهبود خواص مکانیکی آن دارد.
از جمله مزایای CFRP می توان به مقاوم کششی بیشتر در مقایسه با فولاد،مقاومت در برابر خورندگی،مقاومت و دوام در برابر عوامل شیمیایی، مقاومت مناسب در حرارت های بالا،وزن کم هزینه اجرای مناسب،طول آزاد،ضخامت بسیار کم، اجرای ساده ورق ها و سطح اجراشده بسیار تمیز بعد از اجرا اشاره نمود.همچنین مواد CFRP دارای معایبی است که از مهم ترین آن ها می توان به قیمت بالای مصالح پایین بودن ضریب ارتجاعی، مقاومت کم در برابر پدیده خستگی، ایجاد پدیده ترد شکنی و حساسیت به خراش و ساییدگی در هنگام نصب نام برد.
از آنجایی که پهنای رول الیاف کربنی مورد استفاده کمتر از طول آزاد ستون است،نمی توان کل ستون را در یک مرحله دورپیچ نمود.بنابراین دورپیچ نمودن ستون در سه مرحله صورت می یپذیرد. ابتدا از دو لایه الیاف کربن به پهنای ۵۰ سانتی متر، در هر دو سمت بالا و پایین ستون استفاده می گردد.سپس لایه بعدی با پهنای ۵۰ سانتی متر جهت دورپیچ نمودن ۴۰ سانتی متر باقیمانده استفاده می شود که در هر سمت به میزان ۵ سانتی متر هم پوشانی لایه های جدید صورت می پذیرد.برای دورپیچ نمودن ستون با کامپوزیت الیاف کربن، از روش چسباندن مرطوب استفاده می شود. به این منظور ابتدا با کمک قلم مو سطوح مورد نظر با ماده زمینه پوشش داده می شوند و سپس الیاف کربن با فشار دست بر روی سطح قرار می گیرد. چسباندن الیاف به دور ستون همراه با اعمال نوعی کشش در آنها صورت میپذیرد تاچسبندگی میان الیاف و بتن به خوبی انجام گیرد. همچنین دقت می شود تا امتداد قرارگیری الیاف کاملاً عمود بر امتداد طولی ستون باشد. برای جلوگیری از لغزش لبه های دورپیچ کامپوزیتی در خلال بارگذاری لبه های الیاف قرار گرفته به دور ستون با طول خوبی همپوشانی می شوند.
نکته قابل توجه آن است که وجود پخ های گوشه ستون، علاوه بر کاهش تمرکز تنش در کامپوزیت و در حین باربری، سبب تسهیل چسباندن و قرارگیری الیاف به دور ستون نیز می گردد. پس از قرارگیری و تثبیت مناسب الیاف به دور ستون، هوای محبوس شده در زیر الیاف با اعمال فشار از طریق حرکت منظم غلطک خارج می گردد.هم زمان با خارج شدن هوا، ماده زمینه موجود در زیر الیاف، به دلیل ویژگی های شیمیایی خاص خود،به مرور به میان الیاف نفوذ نموده و آنها را دربر می گیرد.
به گونه ای که رنگ سیاه الیاف کربنی با گذشت زمان متمایل به رنگ سبز می شود. با دورپیچ کل ارتفاع ستون،به منظور تکمیل آغشته سازی الیاف پوشش دوم ماده زمینه بر روی آنها کشیده می شود.این عمل سبب افزایش میزان نفوذ ماده زمینه به فضای موجود میان الیاف خواهد شد.
به طور کلی برخی از نتایج حاصل شده در این روش عبارت اند از:
تقویت مناسب اتصال با الیاف کربنی باعث فاصله گرفتن محل شکست از بر ستون و شرایط تیر ضعیف ستون قوی بر مبنای آیین نامه های معتبر طراحی را ارضا می نماید.
با تقویت محل اتصال تیر مدل ارایه شده در مطالعه عملکرد اتصال در جذب انرژی حدود ۶ درصد بیشتر بهبود می یابد. بنابر این الگوی مناسب مقاوم سازی اتصال می تواند عملکرد اتصال و استهلاک انرژی آن را بهبود دهد.
ستون هایی بدون FRP در حالت اعمال بار محوری کم، رفتار ستون خمشی بوده در شکل پذیری قابل توجهی دارد. با افزایش بار محوری، رفتار ستون به
صورت مشابه یک عضو فشاری در میآید. وجود لایه های FRP در رفتار ستونها تغییر ایجاد میکند. بطور کلی وجود لایه های FRP باعث
افزایش شکل پذیری ستون ها (با هر مقدار بار محوری)میگردد.
