مقاوم سازی تیر بتنی

راهکارهای بهسازی و مقاوم سازی تیر بتنی

شکست‌های برشی و خمشی، دو حالت عمده شکست در تیرهای بتنی می‌باشند. شکست خمشی عموماً نسبت به شکست برشی، ارجح است زیرا رفتار شکل‌پذیرتری از خود نشان می‌دهد. شکست نرم امکان پخش مجدد تنش را فراهم می‌آورد و به کاربران و حاضران در محل نیز فرصت بیشتری برای پی بردن به وضعیت بحرانی تیر می‌دهد. همچنین خرابی تیر بتن مسلح می‌تواند به علت تهاجم یون‌های شیمیایی صورت بگیرد. در شکل 1 خرابی تیرها در اثر تهاجم یون‌های شیمیایی و تأثیر نیروهای لرزه ای نشان داده شده است. آسیب هایی از این قبیل نیاز به مقاوم سازی تیر بتنی را افزایش می دهد.

برای مقاوم سازی تیر بتنی مسلح می‌توان از راهکارهای زیر استفاده نمود:

  1. ژاکت بتن مسلح
  2.  تقویت تیر بتنی با روکش فولادی
  3. استفاده از نبشی و رکابی
  4. افزایش مقاومت موضعی تیرهای ذارای سوراخ
  5. اعمال سیستم مهاربندی در انتهای لایه FRP
  6. اعمال سیستم پیش تنیدگی در لایه FRP 
  7.  استفاده از پیش‌تنیدگی خارجی در تیر بتنی

هر یک از روش های فوق به تفکیک در زیر مورد بررسی قرار گرفته‌اند:

 

تیر-بتنی-کرمو1

 

تیر-بتنی-کرمو2

 

تیر-بتنی-کرمو3

اشکال 1- نمونه‌هایی از تیرهای بتنی کرمو و آسیب دیدگی تیرهای بتنی

 

1.استفاده از ژاکت بتن مسلح

در تیرها می‌توان از ژاکت بتنی تیر در سه و یا چهار وجه تیر برای مقاوم سازی تیر بتنی و افزایش مقاومت آن استفاده نمود. با این روش می‌توان ناحیه کششی و فشاری تیر را با ژاکت بتنی تیر جدید تقویت کرد.

برای تکمیل مکانیسم انتقال نیرو بین مصالح قدیم و جدید، زبر نمودن سطح بتن قدیمی و جوش دادن میلگردهای اتصال با آرماتورهای جدید و قدیم ضروری می‌باشد. اجرای ژاکت بتنی تیر در هر چهار وجه تیر موثرترین روش برای مقاوم سازی تیر بتنی می‌باشد. در این شیوه ضخامت بتنی که به وجه بالایی تیر افزوده می‌گردد باید در ضخامت سقف گم شود. اجرای تنگها نیز از طریق سوراخهایی که در فواصل نزدیک به هم در دال سقف ایجاد می‌شود امکان‌پذیر می‌باشد. نمونهای از روکش بتنی در چهار وجه تیر در شکل 2 نشان داده شده است.

 

اجرای-ژاکت-بتنی-تیر

شکل 2- اجرای ژاکت بتنی تیر برای افزایش مقاومت تیرهای بتنی

اجرای ژاکت بتنی در سه وجه تیر برای افزایش ظرفیت خمشی و برشی تیر در برابر بارهای قائم انجام می‌شود، اما به دلیل آنکه در این حالت، افزایش ظرفیت باربری مقاطعی از تیرکه درنزدیکی تکیه‌گاهها قراردارند امکان‌پذیر نیست، تیر را نمی‌توان درمقابل بارهای جانبی زلزله تقویت نمود. موفقیت این روش مستلزم مهار مناسب خاموتها از ضلع‌های  بالایی روکش است. بـه دلیل آنکه استفاده از قالب و ریختن بتن از بالای تیر امکان‌پذیرنیست تنها راه ممکن استفاده از بتن پاشی می‌باشد. نمونه ای از روکش بتنی در سه وجه تیر در اشکال 3 نشان داده شده است.

 

اجرای-ژاکت-بتنی-تیر2

 

اجرای-ژاکت-بتنی-تیر3

 

استفاده-از-ژاکت-بتنی

 

استفاده-از-ژاکت-بتنی2

اشکال 3-  استفاده از ژاکت بتنی تیر در مقاوم سازی تیرها

 

2. تقویت تیر بتنی با روکش فولادی

برای تقویت خمشی تیر بتنی می‌توان ورق‌هایی به ضخامت کم را با رزین اپوکسی به وجه کششی تیر چسباند. چسباندن ورق به وجه قائم تیرها در نزدیکی تکیه‌گاه ها موجب افزایش ظرفیت برشی و چسباندن ورق به بال تحتانی موجب افزایش ظرفیت خمشی تیرمی‌گردد (شکل 4). در صورت نیاز به استفاده از ورقه‌هایی با ضخامت بیشتر باید از آرماتورها و بولت های مهاری برای انتقال برش استفاده نمود. در این حالت نیز توصیه می‌شود ابتدا ورق فولادی با چسب اپوکسی چسبانده شده و بعد آرماتور‌ها به صورت میانگذار یا کاشته شده مورد استفاده قرار گیرد (شکل 5).

 

تقویت-خمشی-تیر-بتنی

شکل 4-  تقویت خمشی تیر بتنی و تقویت برشی تیر بتنی با چسباندن ورقهای فولادی با ضخامت کم با چسب اپوکسی

 

تقویت-خمشی-تیر-بتنی2

شکل 5-  تقویت خمشی تیر بتنی وتقویت برشی تیر بتنی با ورق فولادی

 

مطابق شکل 6 می‌توان بجای استفاده از ورق های فولادی که در وجوه تیر نصب می‌شوند از قفس‌های فولادی بصورت نبشی و رکابی استفاده نمود

تقویت-خمشی-تیر-بتنی3

شکل 6-  تقویت خمشی تیر بتنی و تقویت تیر برشی تیر با قفس فولادی شامل نبشی و رکابی

 

3. استفاده از نبشی و رکابی  

در این روش مقاومت کششی با استفاده از دو نبشی تأمین می‌شود.

این نبشی‌ها در کنج تیر قرار می‌گیرند و در این حالت رکابیها از پایین به نبشی جوش می‌شوند و از بالا به روی بتن سقف کاملاً آرماتور و مهار می‌شوند و محاسبات آن شبیه به تسمه‌های فولادی است. فقط به جای تسمه فولادی معادل نبشی قرارداده می‌شود. در آرماتورها کشش اولیه‌ای ایجاد می‌گردد که باعث کیپ شدن نبشی‌ها به تیر بتنی و عملکرد مشترک در رکابی و تیر بتنی می‌گردد. از آنجا که با افزایش بار احتمال ترک در بتن  می‌رود، از مقاومت Vc در طراحی صرف‌نظر می‌شود.

 

4. افزایش مقاومت موضعی تیرهای دارای سوراخ

یکی دیگر از کاربردهای FRP  افزایش مقاومت موضعی تیرهای دارای سوراخ  (معمولا تأسیساتی) می‌باشد. در این روش می‌توان اطراف سوراخ‌ها را بطور موضعی با FRP تقویت کرد. (اشکال 7)

 

افزایش-مقاومت-موضعی

 

افزایش-مقاومت-موضعی 2

اشکال7- فزایش مقاومت موضعی تیرهای دارای سوراخ

 

5. اعمال سیستم مهاربندی در انتهای لایه FRP  

سیستم مهاربندی اصولاً به این جهت مورد استفاده قرار می‌گیرد که بتوان از ظرفیت باربری سیستم FRP  نهایت استفاده را برد. گسیختگی های ناشی از جداشدگی لایه‌هایFRP عموماً در اثر نبود چنین سیستمی می‌باشد. در این روش از دور آرماتور کردن کامل انتهای FRP توسط نوارهایی از FRP استفاده می‌گردد.

با توجه به اینکه معمولاً، ناحیه فوقانی تیرهای موجود به دلیل وجود دال، قابل دستیابی نیستند، از نوارهایی که فقط سطوح پایینی و جانبی تیر را می‌پوشانند استفاده می‌گردد. از سایر روشها نیز می‌توان به استفاده از آرماتورهای مخصوص در انتهای لایهFRP  نام برد. این روش یکی از اولین روشها بوده که جهت نصب و مهاربندی صفحات فولادی مورد استفاده قرارمی‌گرفت. بر اساس مطالعات انجام شده، این روش بر روی لایه‌های کامپوزیتی نیز مناسب بوده و اثر مثبتی از خود نشان می‌دهد ولی مشکلی که ایجاد می‌کند سوراخ شدن لایه FRP بوده که اثر نامطلوبی بر عملکرد آن خواهد داشت و باعث ایجاد تمرکز تنش در FRP  می‌گردد. شکل 8

 

تقویت-خمشی-تیر-بتنی4

شکل 8- تقویت خمشی تیر بتنی با اعمال مهاربندی

 

6. اعمال سیستم پیش‌تنیدگی در لایه FRP 

این روش تقریباً مشابه روش مهاربندی در انتهای لایه FRP  می‌باشد، زیرا در این روش برای ایجاد پیشتنیدگی تعبیه سیستم مهاری لازم است. تنها فرق این روش، اعمال نیروی پیش‌تنیدگی قبل از نصب کامل و عمل آوری لایه FRP می‌باشد.

می‌توان نوارها یا صفحات پیش‌تنیده FRP را قبل از چسباندن بر روی بتن، پیش‌تنیده کرد. مزیت اصلی این کار این است که چنین نوارهایی پس از چسبانده شدن بر روی المان در باربری المان سهیم می‌شوند و برای شرکت آنها در ظرفیت باربری المان دیگرنیازی به اضافه شدن بر مقدار بارهای وارده بر المان نمی‌باشد. همچنین پیش‌تنیدگی این نوارها باعث کاهش عرض ترکهای موجود درطول المان می‌شود که این در برخی موارد موضوع بسیار حیاتی و مهمی می‌باشد. علاوه بر اینها بدلیل اینکه مصالحFRP  مقاومت کششی بالایی دارند، پیش‌تنیده کردن آنها سبب استفاده بهتر و افزایش بهره‌وری از آنها می‌گردد. البته این روش نیازمند نیروی کارماهرتر و دقت بیشتر در طراحی و اجرا می‌باشد.

پس از آماده‌سازی سطح بتن، نوارFRP  تا سطح معینی تحت کشش قرار گرفته است. سپس هم بر روی سطح بتن و هم برروی سطح نوار چسب زده می‌شود. سپس مطابق شکل 12 تیر بتنی بالا برده می‌شود تا به نوار تحت کششFRP  چسبانده شود. بعد از آن با اعمال فشار اندکی بر روی نوارFRP ، عمل‌آوری چسب انجام می‌شود. پس از اتمام عمل‌آوری، گیرههای فولادی درنزدیکی دو انتهای نوارFRP  جهت مهاربندی کافی نصب می‌گردند. پس از این مراحل و اتمام عملیات مهاربندی، نوارFRP  (خارج ازمحدوده مهاربندی شده) بریده می‌شود. سپس صفحات ضخیمFRP  درست در مجاورت دو گیره فولادی، روی صفحه پیش‌تنیده قرارگرفته برسطح بتن، چسبانده می‌شود. بعد از عمل‌آوری چسب، سوراخهایی از میان ضخامت این صفحات ضخیم و نوار پیش‌تنیده بـه درون تیر بتنی ایجاد می‌گردد و سپس بولتها همراه با تزریق اپوکسی به داخل این سوراخها، فرو برده می‌شوند. پس ازعمل‌آوری چسب اطراف این بولتها، گیرههای فولادی دو انتهای نوار پیش‌تنیده برداشته می‌شود و طول اضافی این نوار (خارج از صفحات ضخیم انتهایی) بریده می‌شود. به این ترتیب عملیات به انجام می‌رسد

 

روش-پیش-تنیدگی-در-صفحه-FRP2

 

روش-پیش-تنیدگی-در-صفحه-FRP

اشکال 9- روش پیش تنیدگی در صفحه FRP

 بطور کلی پیش تنیدگی در FRP دارای مزیت‌هایی از قبیل:

ـ افزایش سختی

ـ کاهش عرض و توزیع ترک ـ بهبود خدمت‌پذیری و دوام

ـ تقویت برشی تیر بتنی و تقویت خمشی تیر بتنی (بدلیل ترک نخوردن مقطع)

ـ اجتناب از مودهای شکست ناشی از پوسته پوسته شدن در ناحیه ترکها و انتهای لایه FRP ـ افزایش ظرفیت مقطع (تار خنثی نسبت به حالت غیر پیش‌تنیده پایین‌تر قرار می‌گیرد) ـ افزایش بار تسلیم مقطع می‌باشد.

بنابراین دو روش بیان شده به گونه‌ای عمل می‌کند که انتهای لایهFRP  را محکم نگه‌ داشته و بعد از ایجاد جدا شدگی، ازلغزش و جدا شدگی کامل لایه FRP جلوگیری نماید.

 

منحنی-رفتار-تیرها

شکل 10- منحنی رفتار تیرهای  تقویت شده و نشده تحت بارگذاری خمشی

در عمل، استفاده از مهاربندی مکانیکی انتهایی می‌بایست موقعی مدنظر قرارگیرد که کاربرد آن لازم باشد و همچنین تأثیر و سودمندی آن برای حفظ چسبندگیFRP  و بتن به اثبات برسد. در بسیاری از موارد، مهاربندی با استفاده از نوارهای U شکل انتهایی،امکان پذیر و یا مؤثر نمی‌باشد همانند مقاوم سازی تیرهای با عرض زیاد یا دالها. در چنین مواردی لازم است راههای دیگری برای مهاربندی مکانیکی بررسی و ابداع گردد. یکی از این راهها، استفاده از مهارهای الیافی می‌باشد.

 

7. استفاده از پیش‌تنیدگی خارجی در تیر بتنی

پیش‌تنیدگی خارجی جزء روشهای نوین مقاوم سازی تیر بتنی می‌باشد. کابلهای پیش‌تنیدگی بکار گرفته شده برای این کار از همان نوع کابل‌ها و مفتولهای متداول در کارهای پیش‌تنیدگی هستند. مقاوم سازی تیر بتنی بدین روش می‌تواند موضعی و یا کلی باشد. در حالت کلی نیروهای پیش‌تنیدگی که به سازه مقاوم شده القا می‌گردند، منجر به باز توزیع نیروهای داخلی گشته و باعث کاهش تنشها در اعضا نسبت به حالت اولیه آنها می‌شوند. با این حال ممکن است در برخی دیگر از اعضای سازه، پیش‌تنیدگی موجب افزایش تنش گردد. به همین دلیل در استفاده از پیش‌تنیدگی خارجی باید آنالیز تنش در سازه مقاوم سازی شده به دقت مورد بررسی قرار گیرد.

جدا از مسئله مهارها، به هنگام استفاده از کابلهای پیش‌تنیدگی یک سری المانهای اضافی که اکثرا شامل انواع مختلفی از سخت کننده‌هاست، مورد نیاز است. این امر به ویژه در پیش‌تنیدگی موضعی دیده می‌شود زیرا پیش‌تنیدگی، نیروهای متمرکز جدیدی شامل نیروهای محوری اضافی در اعضا بوجود می‌آورد، از این رو اعضا باید بصورت موضعی برای حفظ پایداریشان تقویت شوند.

 

روش-استفاده-از-پیش-تنیدگی

اشکال 11- روش استفاده از پیش تنیدگی کلی در مقاوم سازی تیرها

 

روش-استفاده-از-پیش-تنیدگی2

شکل 12- روش استفاده از پیش تنیدگی موضعی در مقاوم سازی تیر بتنی

مقاوم سازی تیر بتنی
5 (100%) 3 votes
به اشتراک بگذارید: