مزیت مقاوم سازی سازه های بتنی با استفاده از الیاف FRP نسبت به روش های متداول چیست؟

مزیت مقاوم سازی سازه های بتنی با استفاده از الیاف FRP نسبت به روش های متداول چیست؟ امروزه مبحث مقاوم سازی ساختمان ها بسیار مهم است. بسیاری از سازه های ما چه سازه های بتنی و چه سازه های فولادی به مقاوم سازی نیاز دارند و این نیاز باید بر طرف گردد. به همین دلیل لازم است تا مهندسان درباره آن ها چاره ای بیاندیشند. یکی از راه های مقاوم سازی سازه ها استفاده از الیاف frp است که امروزه به عنوان یک روش موثر شناخته می شود. در این مقاله از وب سایت رادیاب قصد داریم تا به بررسی مزیت مقاوم سازی سازه های بتنی با استفاده از الیاف FRP نسبت به روش های متداول بپردازیم و اطلاعاتی را در اختیار شما عزیزان قرار دهیم. بنابراین برای کسب اطلاعات بیشتر تا انتهای این مطلب با رادیاب همراه باشید.

مقاوم سازی چیست؟

مقاوم سازی عملی است که در طی آن اجزای سازه ای یا غیر سازه ای در برابر عوامل آسیب رسان مانند زلزله یا بار ثقلی مقاوم شده و مهندسان این کار را با استفاده از روش های بسیار مختلفی انجام می دهند. امروزه مبحث مزیت مقاوم سازی سازه های بتنی با استفاده از الیاف FRP بسیار مهم و ضروری است و باید از طرف تیم مهندسان به این موضوع توجه بسیاری شود. نکته بسیار مهمی که باید بدانید، این است که اجزا یا المان های سازه ای و غیر سازه ای در ساختمان های بتنی، فولادی و بنایی با گذشت زمان قابلیت های اصلی سازه مانند پایداری، مقاومت و استحکام را از دست خواهند داد و امکان بهره برداری ساختمان بعد از گذشت زمان کاهش می یابد. این کاهش بهره برداری می تواند بسیار آسیب رسان باشد مگر آنکه مهندسان سازه در این باره تصمیمی اتخاذ کنند و سعی بر برطرف کردن آن نمایند. همان گونه که می دانید ما انسان ها همیشه بدنبال روشی برای افزایش طول عمر محل زندگی و هم چنین استفاده طولانی مدت از سازه با صرف هزینه ی مالی و زمان کوتاه می باشیم، به همین دلیل است که در این راستا تلاش های فراوان داشته ایم و توانسته ایم که با استفاده از روش های بسیار خاص و با استناد بر علم، سازه ها را مقاوم سازی نماییم. شایان به ذکر می باشد که مقاوم سازی و بهسازی لرزه ای یکی از روش های بسیار مفید و ضروری است که با صرف هزینه  معقول و مدت زمان کوتاه می تواند سازه را در برابر عوامل آسیب رسان مقاوم نماید. در واقع این راهکار به جای تخریب و جایگزینی سازه، ساختمان را در برابر نیروهای وارده جانبی و لرزه ای (زلزله) مقاوم می نماید. با گذشت زمان روش های مختلفی برای مقاوم سازی ساختمان ها به وجود آمده است که امروزه مقاوم سازی با FRP یکی از جدیدترین روش های تقویت سازه است. این روش در دنیا به یکی از موثرترین و بهترین روش های موجود برای مقاوم سازی سازه های بتنی و فولادی شناخته می شود که هزینه آن نسبت به دیگر روش های مقاوم سازی معقول و منطقی می باشد.

سیستم مقاوم سازی با frp‌ چیست؟

همان گونه که اشاره کرده ایم، مقاوم سازی با استفاده از وال پست frp یکی از روش های بسیار مناسب برای مقاوم سازی و بهسازی لرزه ای ساختمان می باشد. لازم به ذکر است که بر مبنای آیین نامه های ۲۸۰۰ و مقررات ملی ساختمان مبحث دهم و نهم، بسیاری از سازه ها از جمله ساختمان های مسکونی قرار گرفته در مناطق لرزه خیز توانایی مقاومت در برابر زلزله را ندارند و ممکن است دچار خرابی های شدید شوند. این موضوع می تواند دلایل بسیار متفاوتی داشته باشد، به عنوان مثال با تغییر کاربری سازه، به طور قطع ساختمان مورد نظر به مقاوم سازی نیاز پیدا می کند یا این که بیشتر ساختمان های قدیمی در سطح شهر ( ساختمان های بنایی یا ساختمان های بتنی با عمر بالا ) به مقاوم سازی نیاز دارند. همان گونه که می دانید، کشور عزیزمان ایران بر روی کمربندی از زلزله قرار دارد و بیشتر شهرهای ایران جزء شهرهای لرزه خیز هستند. حال این زلزله های اخیر در مناطق شهری به وضوح نشان داده است که تقویت و مقاوم سازی ساختمان امری بسیار ضروری است و باید تمهیداتی ویژه چیده شود تا بدین وسیله بتوان سازه ها را مقاوم سازی کرد. در طول چند سال اخیر مطالعات و تحقیقات بسیار گسترده ای به منظور پیدا کردن روش های تقویت و مقاوم سازی ساختمان ها به منظور بهبود عملکرد لرزه ای آن ها انجام شده است و بیشتر آن ها نیز مزیت هایی را به همراه داشته اند. از این روش های بسیار خاص و گوناگون می توان به موارد مهم زیر اشاره داشت:

• افزودن المان های سازه ای جدید
• پیش تنیدگی خارجی
• استفاده از ورق های خمشی فولادی
• استفاده از الیاف FRP
• استفاده از ژاکت بتنی و ژاکت فولادی و…

در طول سالیان اخیر مقاوم سازی ساختمان با FRP  یا کامپوزیت های پلیمری مسلح شده با الیاف در بین جامعه مهندسی مورد استقبال بسیاری قرار گرفته است و بسیاری از مهندسان سازه این روش را برای مقاوم سازی ساختمان ها پیشنهاد می دهند. شایان به ذکر می باشد که کامپوزیت های پلیمری مسلح شده با الیاف (FRP) از موارد زیر تشکیل شده اند:

• فیبرهای پیوسته از جنس الیاف کربن (CFRP)
• الیاف شیشه (GFRP)
• الیاف آرامید (AFRP)

می توان اشاره داشت که تمام موارد ذکر شده در بالا در داخل ماتریسی از جنس اپوکسی، وینیلستر یا پلی استر به یکدیگر متصل شده اند. در واقع فیبرهای موجود عضو باربر در FRP بوده در حالی که مواد ماتریسی مورد استفاده در کامپوزیت، نیروی برشی را منتقل می کنند. این ساز و کار بسیار مناسب سبب شده است تا از این روش نوین استفاده های بسیاری شود.

کامپوزیت های FRP با توجه به نوع الیاف مورد استفاده در آن دارای مقاومت های متفاوتی می باشند که هر کدام از آن ها را می توان در سازه های مختلفی استفاده کرد. در واقع می توان اشاره داشت که:

• فیبر شیشه مقاومت برشی تقریبا برابر مقاومت جاری شدن فولاد معمولی را فراهم خواهد کرد.
• کامپوزیت های بر پایه الیاف کربن مقاومت کششی دو تا پنج برابر مقاومت جاری شدن فولاد معمولی را تامین می نمایند.

نکته بسیار مهمی که باید بدانید، این است که هر دو نوع کامپوزیت های FRP دارای سختی کششی کمتری نسبت به فولاد می ‌باشند، اما با این وجود رفتار مناسبی را در برابر بارهای جانبی از خود نشان می دهند. لازم به ذکر است که سختی کامپوزیت فیبر کربن دو تا پنج برابر سختی کامپوزیت الیاف شیشه می باشد. به علاوه، وزن کامپوزیت های FRP تقریبا یک پنجم وزن فولاد می ‌باشد. بر طبق قانون دوم نیوتون، وزن سازه و وزن مصالح مصرفی یکی از عوامل تاثیر گذار در باربری جانبی سازه ها می باشد. از ان جایی که وزن مصالح FRP‌ بسیار کم است، بنابراین در برابر بارهای جانبی می توانند به خوبی مقاومت کرده و رفتار مناسبی از خود نشان دهند. می توان اشاره داشت که محصولات FRP که معمولا برای تقویت یک سازه مورد استفاده قرار می‌گیرد، به شکل های زیر در دسترس هستند و می توان از آن ها بهره برد:

• نوار  (strip)
• ورق (sheet)
• پوشش لمینت (laminate)
• میلگرد FRP

امروزه استفاده از FRP ها به عنوان یک  نوع مصالح جایگزین رایج برای فولاد به منظور بهسازی، تقویت و مقاوم سازی انواع سازه ها شامل ساختمان های مسکونی، پل ها، لوله های نفت و گاز و … شناخته می شود. کامپوزیت FRP در مقایسه با فولاد مزایایی دارند که از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره داشت:‌

• سختی مشخصه بالا
• مقاومت بسیار بالا و مناسب در برابر خوردگی
• سهولت در جابجایی و نصب

به صورت کلی استفاده از الیاف FRP می تواند مزایای بسیار زیادی داشته باشد و سازه ای با رفتار و عملکرد مناسب را پدید آورد. مقاومت در برابر دمای بالا و هم چنین شرایط محیطی و مکانیکی بسیار سخت از دیگر دلایل انتخاب FRP ها توسط مهندسان سازه برای بهسازی لرزه ای . مقاوم سازی ساختمان های بتنی و فولادی می باشد. هرچند FRP ها دارای مزایایی می باشند، به مانند دیگر مصالح مورد استفاده دارای معایبی نیز هستند که می توان از آن ها به صورت زیر اشاره داشت:

• هزینه بالا ( اما با این حال نسبت به برخی از روش های مقاوم سازی مقرون به صرفه تر است )
• مقاومت پایین در برابر ضربه
• رسانایی الکتریکی بالا

مقاوم سازی سازی سازه های بتنی با استفاده از الیاف frp

همه سازه ها از قسمت های مختلفی ساخته می شوند که می توان آن ها را به دو قسمت المان های سازه ای و المان های غیر سازه ای تقسیم بندی کرد. المان های سازه ای یک سازه که شامل تیرها، ستونها، سقف ها و دیوارهای برشی  و .... می باشد و المان های غیر سازه ای مانند  دیوارها هستند. لازم به ذکر می باشد که دیوارهای غیر سازه ای با استفاده از وال پست نگهداری می شود و به نوعی این سیستم در مقاومت سازه تاثیر دارد. از طرف دیگر المان های سازه ای یک سازه با استفاده از روش های مانند frp مقاوم سازی می شود که در زیر به تشریح و توضیح آن ها و هم چنین بیان مزیت مقاوم سازی با الیاف  frp می پردازیم:‌

• مقاوم سازی ستون های بتنی با استفاده از frp:

می توان اشاره داشت که یکی از مهم ترین المان های سازه ای سازه های بتنی و فلزی ستون ها هستند. اما با این وجود جزء آسیب پذیرترین عضوهای یک سازه می باشد که باید به درستی طراحی و اجرا شود و در صورت نیاز مقاوم سازی برای آن ها انجام شود. حداقل ابعاد سطح مقطع و کمبود آرماتورهای فولادی در ستون های با طراحی نامناسب منجر به اجرای یک ستون ضعیف و یک تیر قوی خواهد شد. نکته بسیار مهمی که باید بدانید، این است که مقاوم سازی ستون های بتن مسلح، از گسیختگی ناگهانی پوشش بتن و هم چنین کمانش میلگردهای فولادی طولی جلوگیری به عمل می آورد و در نتیجه عملکرد ستون را بهبود خواهد داد. در این حالت با افزایش ظرفیت تغییر شکل ستون محصور شده با الیاف FRP، کمانش میلگردها می گردد.

• مقاوم سازی تیرهای بتنی با استفاده از الیاف frp

یکی دیگر از المان های سازه ای ساختمان های بتنی، تیرهای مسلح هستند که با استفاده از frp می توانند مقاوم سازی شوند. نکته بسیار مهمی که باید بدانید این است که مقاوم سازی تیرهای مسلح با استفاده از پوشش های FRP منجر به افزایش مقاومت نهایی تیر بتنی به میزان ۲۲ درصد می گردد که رقم قابل قبولی است. در برخی موارد استفاده از گیره های اضافی برای جلوگیری از جداشدگی پوشش FRP، مقاومت را به میزان ۲۴۵ درصد افزایش می دهد که می تواند خبر خوشایندی برای جامعه مهندسی باشد. استفاده از frp برای مقاوم سازی تیرها می تواند شکل پذیری تیرها را نیز افزایش دهد و لازم به ذکر است که افزایش شکل پذیری با استفاده از پوشش FRP، بهبود عملکرد لرزه ای تیر مقاوم سازی شده را به دنبال خواهد داشت.

• مقاوم سازی دال بتنی (سقف) با الیاف frp

می توان اذعان داشت که استفاده از الیاف frp به عنوان یک راهکار مطمئن جهت تقویت دال های بتنی شناخته شده است. در کنار استفاده از الیاف بتنی می توان از روش های سنتی نیز برای مقاوم سازی تیرهای بتنی استفاده کرد. در واقع وجود کامپوزیت های FRP می تواند ظرفیت باربری برشی و خمشی مورد نیاز یک دال بتنی را در هر دو ناحیه ممان منفی و ممان مثبت افزایش دهد. در حقیقت  از سیستم FRP ظرفیت باربری را بدون تغییر در هندسه دال و هم چنین هندسه کلی سازه به طرز چشمگیری افزایش خواهد داد.

• مقاوم سازی دیوار برشی با استفاده از الیاف frp

می توان اشاره داشت که دیوارهای برشی یکی دیگر از المان های سازه ای می باشد که وجود آن ها در مناطق لرزه خیز یک نیازی اساسی به حساب می آید. نکته بسیار مهمی که باید بدانید، این است که الیاف FRP که دارای مزایایی مانند وزن پایین و مقاومت بالا هستند که برای افزایش مقاومت برشی و استهلاک انرژی در المان دیوارهای برشی مورد استفاده قرار می گیرد. هم چنین شایان به ذکر است که الیاف FRP به منظور افزایش در مقاومت خمشی دیوار نیز مورد استفاده قرار خواهد گرفت. با استفاده از طرح پوشش در دو جهت عمودی و افقی می توان رفتار شکل پذیری خمشی دیوار را در حد بسیار مطلوبی قرار داد و در نتیجه گسیختگی ترد ناشی از برش را از بین برد.   سخن پایانی:‌ مقاوم سازی سازه های بتنی دارای مزایای بسیاری مانند افزایش مقاومت، سختی و جابجایی نهایی دیوار برشی می باشد. بنابراین مهندسان به استفاده از آن ها توصیه دارند. شما عزیزان می توانید برای کسب اطلاعات بیشتر درباره مقاوم سازی با استفاده از الیاف frp به وب سایت رادیاب مراجعه کرده و با کارشناسان و مهندسان ارشد در این زمینه مشورت نمایید.