ساختمان های بنّایی در دو بخش مهم ساختمان های تاریخی و ساختمان های مناطق شهری و روستایی طبقه بندی میشوند. این ساختمان ها به دلیل اینکه ضعف شدیدی در برابر نیروهای جانبی مانند زلزله دارند و با توجه به اینکه از مصالح ترد و شکننده ساخته شدهاند نیاز به مقاوم سازی لرزهای دارند به نحوی که اثر کمی روی وزن سازه ها داشته و با مصرف کمترین مقدار مصالح مقاوم کننده، بیشترین تاثیر را روی مقاومت سازه در برابر نیروهای جانبی را داشته باشند. در مطالعه حاضر رفتار درون صفحهای دیوارهای باربر آجری به عنوان مهمترین عضو باربر جانبی ساختمان های بنایی مورد برسی قرار گرفته است و برای مقاوم سازی آنها از کامپوزیت های:(CFRP) کامپوزیتهای پایه پلیمری با الیاف کربن ،(GFRP) کامپوزیت های پایه پلیمری با الیاف شیشه ،(AFRP) کامپوزیت های پایه پلیمری با الیاف آرامید استفاده شده است.
با توجه به اینکه این ساختمان های بنایی حتی در زمان وقوع زمین لرزه های متوسط خسارات فراوانی میدیدند، لذا وجود ضعف های عملکردی مصالح بنایی جهت استفاده در ساخت ساختمان های بنایی بر همگان آشکار شد. امروزه آییننامه های ساختمانی بسیاری از کشورها، با محدود کردن تعداد طبقات اینگونه ساختمانها سعی در کاهش آسیب ها نموده اند، که در این حالت نیز مسلح نمودن دیوارهای آجری ساختمان با استفاده از کلاف های بتنی که درون این دیوارها قرار میگیرند بصورت جدی توصیه شده است.
به دلیل وزن بسیار زیاد و همچنین به علت آنکه دیوارهای آجری اینگونه ساختمان ها در صفحه ی خود بسیار سخت میباشند، لذا نیرویی که در زمان وقوع زلزله به آنها انتقال مییابد بسیار بزرگ میباشد، لذا هنگام اعمال نیروی جانبی، به سبب تردی و شکنندگی مصالح بنایی که ناشیی از ضعف ذاتی آنها میباشد و ضعف در مسائل اجرایی این موضوع را تشدید میکند، در دیوارهای این ساختمان ها ترک های قطیری (ضربدری) ظاهر شده که کاهش مقاومت ساختمان و سرانجام به نابودی کامل بنا منجر خواهد شد. نسبت مقاومت به وزن اندک این مصالح و نیز نداشتن هیچ گونه رفتار غیر ارتجاعی و خمیری از جمله ضعف های مهم مصالح بنایی میباشد. لازم به ذکر است که یکی از ایرادات اساسی موجود در طراحی ها، عدم در نظر گرفتن سختی دیوارهای میانقاب در طراحی است که به دلیل دارا بودن سختی قابل توجه می توانند در طراحی مشکلات اساسی ایجاد کنند.
با توجه به قدمت تمدن در کشور ایران، بافت های با ارزش تاریخی، مذهبی در این میان به فراوانی یافت میشود. برای مقاوم سازی روش های مختلفی مانند مرمت موضعی، استفاده از پوشش بتنی، استفاده از پوشش فولادی و غیره تحت عنوان “روشهای کلاسیک” و روش هایی مانند تغییر در محل بازشوها که منجر به تغییر در معماری ساختمان میشود تحت عنوان “روشهای سنتی” وجود دارد. مقاوم سازی یا بهسازی لرزهای دیوارهای بنایی با روشهای سنتی جهت افزایش مقاومت لرزهای آنها دارای مشکلات اجرایی بوده و سبب تغییر در معماری ساختمان میشود که این تغییرات در بسیاری از ساختمان ها همچون ساختمان های تاریخی غیر ممکن میباشد. همچنین روش های سنتی برای افزایش ظرفیت شکل پذیری، محدودیت های بسیاری دارند.
کامپوزیت ها :
از جمله مواد مصرفی در ترمیم و تقویت سازه ها، میتوان به انواع کامپوزیت ها اشاره کرد. کامپوزیت ها معمولا از دو بخش اصلی الیاف و رزین ها تشکیل میشوند.
فیبرهای مسلح کننده ی پلیمری به سرعت تبدیل به یکی از مواد پرکاربرد در امر مقاوم سازی شده اند. نسبت بالای مقاومت و سختی، به وزن مواد FRP آنها را برای مصارف سازهای ایده آل کرده است. این مواد بخصوص در امر مقاوم سازی لرزه ای کاربرد دارند زیرا به ازای اضافه شدن مقدار ناچیزی جرم، مقدار زیادی به مقاومت و سختی سازه افزوده می شود. در تعدادی از مطالعات اخیر رفتار المان های سازه ای ساختمان های بنایی غیر مسلح مقاوم سازی شده با FRP آزمایش شده اند تا رفتار خارج و داخل از صفحهی آنها مورد بررسی قرار گیرد.این روش مقاومت برشی ساختمان را افزایش داده و سازه را در برابر بارهای جانبی مقاوم می کند و در عین حال باعث جلوگیری از فرو ریختن خارج از صفحهی دیوارها می شود. مقاوم سازی با FRP مقاومت، سختی و شکل پذیری را افزایش می دهد.
دو روش متداول برای استفاده از FRP در مقاوم سازی سازه وجود دارد. روش اول چسباندن تر می باشد. در این روش در محل اجرا، از زرین برای آغشته سازی الیاف به هم بافته نشده و یا الیاف در یک جهت نگه داشته شده، استفاده می گردد. روش دوم استفاده از مصالح FRP پیش ساخته می باشد. مصالح پیش ساخته FRP می تواند به اشکال متفاوتی تولید شود که هم مناسب برای مقاوم سازی تیرها در برابر خمش باشد و هم به شکل صفحاتی است که بتوان از آنها برای دور پیچ کردن ستونها استفاده کرد. روش چسباندن تر این مزیت را دارد که استفاده از آن در نقاط غیر مسطح و دارای انحنا و نیز لبه های مقطع راحت تر است. به همین دلیل به نظر می رسد که تقویت دیوارهای آجری که معمولا دارای سطوح غیر مسطح هستند با روش چسباندن تر، مناسب تر خواهد بود.
انواع مواد مرکب FRP
رزین های مورد استفاده هم عبارتند از پلی استر، نیل استر و اپوکسی بسته به نوع الیاف مصرفی FRP به سه نوع GFRP (الیاف شیشه)، CFRP (الیاف کربن) و AFRP (الیاف آرامید) دسته بندی می شوند. تاکنون از هر سه نوع FRP یعنی AFRP، GFRP،CFRP جهت مقاصد عملی مقاوم سازی استفاده شده است.
بطور کلی کامپوزیت های CFRP دارای خصوصیات بالاتری نسبت به GFRP می باشند. اما در عوض کامپوزیت های GFRP ارزان تر میباشند.
تقویت برشی و خمشی دیوارهای آجری
دیوارهایی که نسبت بعدی (ارتفاع به طول) کمی دارند دچار شکست برش می گردند، در این حالت ترکهای قطری ظاهر می شوند. مود شکست در این حالت به صورت ترد در دیوار رخ می دهد. برای جبران ضعف برش دیوار، صفحات FRP در راستای طول دیوار و به صورت افقی در دو وجه دیوار نصب می گردد. نحوه عملکرد FRP بدین صورت می باشد که پس از ایجاد ترک های برشی در دیوار، کرنش در FRP در آن منطقه افزایش یافته و نیروها به FRP منتقل می گردد. نتایج نشان می دهد که تقویت برشی دیوار با صفحات FRP سبب افزایش مقاومت و شکل پذیری دیوار می گردد.
برای جبران ضعف خمشی دیوار صفحات FRP در راستای ارتفاع دیوار و به صورت قائم نصب می گردد طریقه ی نصب معمولا به این صورت می باشد که FRP در دو وجه دیوار نصب می گردد. در صورتیکه FRP به منظور افزایش مقاومت خمشی بر روی دیوار به صورت عمودی استفاده شود، لازم است که انتهای آن به نحو مناسبی در پای دیوار مهار گردد تا نیروهای درون این صفحات به تکیه گاه پای دیوار انتقال یابد. برای مهار انتهای صفحات خمشی می توان از یک مقطع نبشی فولادی در مجاورت تکیه گاه دیوار که بر آن پیچ می گردد و یا از یک صفحه برشی FRP عمود بر لایه FRP خمشی در انتهای لایه استفاده نمود.
در صورتیکه از هر دو تقویت خمشی و برشی به صورت قرارگیری الیاف به طور افقی و عمودی بر روی دیوار به صورت توأم استفاده گردد، افزایش سختی، مقاومت و شکل پذیری بیشتر از حالتهای قبل است. در این سیستم قرار گیری الیاف به صورت افقی خود مهار کننده ی الیاف خمشی می باشند.
تقویت دیوارهای آجری با اعضای بتنی یا فولادی محیطی نشان داده است که این گونه از دیوارها رفتاری کاملا متفاوت با دیوارهای آزاد بدون عناصر طبیعی دارند و در هنگام اعمال بارهای جانبی در امتداد صفحهی دیوار بین آنها و عناصر احاطه کننده شان، اندر کنش به وجود می آید و راستای تنشهای کششی از حالت افقی به حالت قطری عوض می گردد. همچنین در حالتی که بارهای جانبی در امتداد عمود بر صفحه دیوار بر آن اعمال می گردد، رفتار دیوار شبیه به یک دال تخت عمل می کند و بر اثر لنگرهای خمشی ایجاد شده ترکهایی پدیدار می شود که مشابه خطوط سیلان در دالهای تخت است
تقویت قطری
همانطور که در قسمت قبل توضیح داده شد و رفتار دیوار در حالت نیروی جانبی در امتداد صفحه ی دیوار و عمود بر صفحه دیوار بررسی گردید، می توان نتیجه گرفت که قطر های دیوار در حالتی که، توسط اعضای بتنی یا فولادی احاطه شده است احتیاج به تقویت داشته و ترک خوردگی و شکست در این ناحیه اتفاق می افتد. لذا برای تقویت دیوارهای آجری با اعضای بتنی یا فولادی محیطی، الیاف FRP به صورت قطری روی دیوار چسبانده می شود.
