مقاوم سازی تیر با FRP

امروزه بسیاری از سازه‌های بتن مسلح موجود بنا به دلایلی از قبیل تغییرات کاربری، تغییرات الزامات آیین‌نامه‌ای نسبت به گذشته، افزایش بار‌های وارد بر سازه، عدم طراحی درست، بی دقتی در اجرا و … دچار مشکل در ظرفیت باربری یا خدمت‌رسانی هستند.از آنجا که هزینه تخریب و ساخت ساختمان جدید بسیار سنگین و غیر اقتصادی است، بحث بهسازی و تقویت سازه‌های موجود به شدت رونق یافته است.از روش‌های تقویت المان‌های سازه‌ای می‌توان به ژاکت فولادی و بتنی، استفاده از کامپوزیت‌های FRP جهت افزایش ظرفیت باربری عضو و اضافه کردن المان‌های مقاوم لرزه‌ای مانند بادبند و میراگر اشاره کرد.
استفاده از FRP ها به علت وزن سبک و کاربرد آسان و همچنین مقاومت و سختی مناسب، بسیار مورد توجه و استفاده مهندسان قرار گرفته و پروژه های متعددی در دنیا و کشورمان انجام گرفته است.

تیرها در جریان انتقال نیروهای ثقلی و جانبی دیافراگم به ستون نقش دارند، از این رو جزئی از سیستم سازه می باشند. طراحی تیرهای بتنی مخصوصا در مناطق لرزه خیز چون ایران نیاز به دقت بالایی دارد. شکست ترد در این اعضا منجرب خسارات گسترده ای در سازه می شود که باید از آن جلوگیری کرد. متاسفانه اغلبا در سازه های موجود بعلت عدم پیش بینی صحیح از نیروهای وارد بر سازه از جمله نیروهای ناشی از زلزله، مشکل مقاومت در تیرها مشاهده شده است. روش های متعددی جهت رفع ضعف تیرها وجود دارد، از جمله روش مقاوم سازی با FRP که به دلایلی که در ادامه ذکر می شود امروزه بیشتر مورد استقبال قرار گرفته است. در زیر به شکل شماتیک مقاوم سازی تیرهای بتنی با مصالح FRP نمایش داده شده اند.

تقویت خمشی با استفاده از پلیمرهای مسلح شده با الیاف (FRP)

یکی از کاربرد پلیمرهای مسلح شده با الیاف (FRP) تقویت خمشی تیرها و یا دال های بتنی در دهانه های بلند می باشد. البته این به این معنی نیست که نمی توان از FRP  در تیرها و دال های با دهانه های کوچک استفاده کرد.

در صورتی که طراحی اولیه عضو نامناسب باشد می توان  با استفاده از الیاف FRP  سختی و مقاومت خمشی  راه افزایش داد.  اگر نسبت ضخامت (با ارتفاع)  عضو  به دهانه  آن کم باشد،  سختی  آن کم  و در نتیجه خیر وسط دهانه عضو ( تیر یا دال)  افزایش می یابد.  همچنین اگر مقدار آرماتور خمشی در تیر یا دال از حد نیاز کمتر باشد، ترک های خمشی در زیر تیر یا دال  ایجاد می شود. این  ترکها به صورت قائم بده و در راستای خمش ( عمود بر راستای آرماتورهای طولی)  در محل لنگر خمشی بشینه ایجاد می شوند.

برای افزایش سختی و مقاومت خمشی می توان ورق های پلیمری کربنی (CFRP) را توسط چسب اپوکسی به وجه کششی عضو خمشی چسباند.  درنتیجه در وسط تیر ورق های پلیمری باید به وجه تحتانی و بر تکیه گاه ها این ورق ها باید به وجه فوقانی چسبانده شوند. جهت الیاف باید در راستای آرماتورهای فولادی باشند زیرا سختی و مقاومت کششی الیاف در راستای آن بیشترین مقدار را دارند.  با وجود ضخامت کم الیاف پلیمری، مدول الاستیسیته بالایی دارند که  سختی تیر یا دال افزایش پیدا میکند و در نتیجه خیز آن کاهش می‌ یابد.

مقاوم سازی اعضای خمشی با الیاف اف آر پی (FRP) اهمیت زیادی دارد. این روش  مقاوم سازی در سازه های متنوعی استفاده می شود. برای مثال روش مقاوم سازی خمشی با FRP  برای مقاوم سازی عرشه پلها، تیر ساختمانهای مسکونی،  دال ساختمان ها به طور متداول مورد استفاده قرار می‌گیرند.

تقویت برشی با استفاده از الیاف پلیمری (FRP)

در تیرهای بتنی خاموت ها که در جهت عمود بر راستای تیر قرار می گیرند  نقش تامین مقاومت برشی آن را  ایفا می کند.

همانطور که می‌دانیم به علت مقاومت برشی کم بتن، از خاموت برای تامین مقاومت برشی کافی در تیرها استفاده می شود. چنانچه تیری فاقد مقاومت برشی کافی باشد، ترکهای برشی در محل برش بیشینه، برای تکیه گاه، به صورت مایل با زاویه حدود ۴۵ درجه  تشکیل می شوند.

برای تقویت برشی تیر ها معمولاً الیاف پلیمری (FRP) را بصورت مایل یا قائم ( عمود بر راستای ترکهای برشی)  به طرفین تیر می چسبانند. هرچه زاویه بین الیاف با راستای عمود بر ترکهای برشی کمتر باشد اثر آنها در افزایش مقاومت برشی تیر بیشتر است. نوار های FRP که برای  تقویت برشی تیربه کار می روند می‌توانند  به صورت U  شکل باشند و یا کاملا پیرامون تیر را بپوشاند.

تسلیح سطحی با استفاده از آرماتورهای FRP

ورق های FRP که به منظور مقاوم سازی عضو بتنی به سطح اعضای بتنی چسبانده می‌شوند در مقابل ضربه، حرارت، آتش و اشعه ماورای بنفش  آسیب پذیر نمی باشند. برای جلوگیری از این آسیب ها می توان از روش تسلیح سطحی یا همان روش مقاوم سازی با FRP به روش NSM استفاده نمود.

برایآشنایی بیشتر با روش مقاوم سازی با FRP به روش NSM و همچنین روش نصب آن می توانید صفحه معرفی روش NSM را مطالعه کنید.

در این روش شکاف هایی با عمق کمتر از ضخامت پوشش بتن در سطح بتنی عضو  ایجاد شده و آرماتور های پلیمری کربنی (CFRP) و یا آرماتورهای پلیمری شیشه (GFRP) در داخل این شکاف ها چسب می شوند. در این روش سطح مناسبی بین آرماتورهای GFRP و CFRP وعضو ایجاد می شود.

در زیر تصویر چند تیر مقاوم سازی شده با مصالح FRP را مشاهده می کنید:

خصوصیات و مزایا

مزایای استفاده از مقاوم سازی توسط مصالح FRP در تیرها به شرح زیر است:

– استفاده از مصالح FRP برای مقاوم سازی برشی تیر بسیار موثر بوده لذا این شکست ترد به راحتی با این سیستم مهار می شود.

– در مقاوم سازی برشی تیر، در صورتی که تمامی وجوه تیر با FRP محصور شود به علت رخ دادن محصور شدگی در عضو علاوه بر افزایش مقاومت برشی، شکل پذیری عضو را نیز بهبود می دهد.

– این سیستم  نیاز به کاشت بولت ندارد.

– در این روش تغییر قابل توجهی در ابعاد تیر رخ نمی دهد، برخلاف روش های مقاوم سازی با روش هایی چون ژاکت بتنی و …

– کنترل عرض ترک ها که موجب افزایش دوام عضو و کاهش پتانسیل خوردگی می شود.

– جلوگیری از نفوذ آب به داخل عضو و کنترل خوردگی.

–  قابلیت بالای این سیستم در افزایش مقاومت خمشی (مثبت/منفی) تیر همزمان با حفظ بعد، وزن و شکل اولیه عضو. (این مقاوم سازی نیاز به رعایت اصول لرزه ای دارد که باید در حین طراحی حتما مورد توجه طراح قرار بگیرد.)

– عدم نیاز به عملیات کارگاهی دشوار از جمله برشکاری، سوراخ کاری و جوشکاری که هزینه و زمان بسیاری نیاز دارند و همچنین اجرای این عملیات نیاز به دقت بالایی دارد.

– عدم نیاز به داربست زدن (مقاوم سازی تیرهای بتنی با روش هایی چون افزودن ژاکت بتنی یا با شاتکریت انجام می شود و یا بتن ریزی در قالب که نیاز به داربست دارد و این داربست برای مدتی کاربری از سازه را مختل می کند).

– سرعت عمل بالای اجرا، قابلیت کاربری همزمان از ساختمان.

– همچنین این سیستم در میان مصرف کنندگان از لحاظ اقتصادی بودن در طرح بسیار مورد توجه قرار گرفته است.

مهندسین شرکت رادیاب  قادرند تا طرح مقاوم سازی تیرها را همراه  با نقشه های اجرایی مناسب در اختیار کارفرمایان محترم قرار بدهند. همچنین این شرکت خدمات اجرا، کنترل کیفیت و تامین مصالح را برای پروژه های شما فراهم می آورد.  با ما تماس بگیرید.