به علت نقش مهمی که پل ها پس از وقوع زلزله در عملیات امداد و نجات دارند لازم است که این سازه ها در مقابل حملات لرزه ای از سطح حفاظت بالاتری برخوردار باشند. زلزله های اتفاق افتاده در دهه ۹۰ میلادی در آمریکا، ژاپن، تایوان و ترکیه ، خرابی های نسبتا زیادی در پل ها ایجاد کردند. زلزله نقاط ضعف سازه را شناسایی نموده و بیشترین خسارت را به آنجا وارد می کند که پل ها به دلیل درجه نامعینی کم در برابر این حملات بسیار آسیب پذیرند .
یکی از بهترین روش های مقاوم سازی پل ، استفاده از الیاف FRP می باشد که دارای وزن کم و مقاومت بسیار بالا بوده و از تمام ظرفیت الیاف در آن استفاده میشود.
آسیب های قابل توجه در پایه پل ها به دو گروه قابل دسته بندی هستند:
دسته اول آسیب های وابسته به گسیختگی خمشی پایه به علت مقاومت خمشی ناکافی با ظرفیت شکل پذیری خمشی ناکافی پایه ستون پل
دسته دوم آسیب های وابسته به شکست برشی به علت ظرفیت برشی ناکافی پایه پل در حالتی که زلزله با پریود های بلند رخ دهد.
فراهم نمودن انعطاف پذیری مناسب برای مقابله با انرژی ورودی آن ، امکان پذیر نمی باشد، در این حالت میزان جذب و استهلاک انرژی ، نقش بسیار مهمی در رفتار سازه خواهد داشت. در این روش ها سیستم های مکانیکی مختلفی در تشیین پل و یا در دیافراگم های انتهایی آن جداسازی می گردند که در هنگام وقوع زلزله اقدام به جذب و استهلاک انرژی نماید.
هدف اصلی از بهسازی لرزه ای و مقاوم سازی ستون های بتن آرمه افزایش مقاومت برشی، به ویژه در پایه ها با قطع آرماتور طولی در وسط ارتفاع بدون طول مهاری کافی می باشد. این کار شکل پذیری ستون را افزایش میدهد زیرا از شکست برشی زودرس جلوگیری میکند. اما اگر فقط شکل پذیری افزایش یابد، ممکن است تغییر شکل پسماند در پایه بعد از زلزله افزایش یابد . مقاومت خمشی پایه هم باید افزایش یابد، که این منجر به افزایش نیروی زلزله انتقالی از پایه به پی میشود. بررسی انواع پی نشان داده که اگر افزایش مقاومت خمشی پایه در اثر مقاوم سازی کمتر از دو برابر مقاومت خمشی پایه پل موجود باشد ، پی با افزایش نیروی زلزله دچار شکست نمی شود.
انواع خرابی های پل ها در اثر زلزله
اعم آسیب های دیده شده در پل ها تحت زلزله عبارتند از:
- خرابی پل در اثر گسیختگی گسل یا روانگرایی خاک
- خرایی نشیمن و انحراف روسازه در هر دو امتداد طولی و عرضی
- فروریزی و کج شدگی پایه های پل به علت خرابی برشی
- فروریزی دهانه های پل به خاطر لغزش از نشیمن
- خرابی دیواره پشتیبان کوله ها
راهکار های بهسازی و مقاوم سازی پل ها
راهکار های زیر را میتوان به صورت منفرد یا ترکیب با یکدیگر برای بهسازی و مقاوم سازی بهکار گرفت :
- اصلاح موضعی اجزای سازه که دارای عملکرد نامناسب در زلزله هستند
- حذف یا کاهش بی نظمی در ساختمان های موجود
- تامین سختی جانبی لازم برای کل سازه
- کاهش جرم سازه
- بهکارگیری سیستم های جداساز لرزه ای
- بهکارگیری سیستم های غیر فعال اتلاف انرژی
- تغییر کاربری سازه
که در پل ها میتوان با به کارگیری سیستم های جداساز لرزه ای و سیستم های غیر فعال اتلاف انرژی پل مورد نظر را بهسازی و مقاوم سازی نمود .
مقاوم سازی ستون و عرشه با FRP
پوشش های FRP عمدتا برای بهسازی رفتار سازه های موجود یا تعمیر خرابی های ایجاد شده در اثر خستگی ، خوردگی و فرسودگی و … در سازه های موجود به کار میروند. این پوشش به وجه خارجی عضو بتن می چسبند . نسبت وزن به مقاومت این مواد ۵۰ برابر بتن و ۱۸ برابر فولاد میباشد . انوای کامپوزیت های پلیمری FRP متداول در مهندسی عمران عبارتند از الیاف کربن CFRP ، الیاف شیشه GFRP و الیاف آرامید. از مزیت کامپوزیت های پلیمری FRP میتوان به وزن کم ، انعطاف پذیری بالا ، راحتی در جابه جایی، سرعت عمل بالا، برشکاری در قطعات دلخواه ، سادگی اجرا و امکان تقویت به صورت خارجی و از معایب آن نیز میتوان به آسیب پذیری در مقابل آتش سوزی و کم تجربگی مشاوران و پیمانکاران اشاره نمود.
در اعضای تخت مانند دال ها و تیر ها صفحات پیش ساخته کامپوزیت های FRP با عرض ۵ تا ۱۵ سانتی متر بر روی سطح تمیز شده عضو سطح بتن با ماسه و با فشار هوا تمیز می شود و با استفاده از چسب چسبانده میشوند. در اعضای عمودی مانند ستون ها برای تقویت از صفحات پیش ساخته که در آنها الیاف به صورت حلقه ای قرار دارند استفاده میشود . پس از آماده سازی سطح عضو بتنی با لایه چسب روی آن را می پوشاند و صفحه مورد نظر در راستای مشخص روی عضو چسبانده می شوند.
بعضی مواقع استفاده از بتن و فولاد و مواد کامپوزیتی جهت تقویت اعضاء به روش سنتی جوابگوی نیروی زلزله نیست و یا هزینه زیادی صرف این کار میشود و یا به سبب موقعیت خاص پل قابل اجرا نیستند در این صورت استفاده از کامپوزیت های FRP گزینه های مناسب تری برای مقاوم سازی پل ها باشند.
