مقاوم سازی ستون بتنی

بهسازی ستون بتنی

بهسازی ستون بتنی مطابق آیین نامه‌های طراحی باید از حداقل بعد عرضی کافی برخوردار باشند. زمانی که ستونهای بتنی دارای نسبت طول به عرض زیاد می‌باشند تحت خمش‌های دو محوره دچار خرابی می‌گردند.

تقویت ستون بتنی به منظور افزایش مقاومت محوری، خمشی و برشی و همچنین برای افزایش ظرفیت شکل‌پذیری ستون در نزدیکی محل اتصال به تیر و مقاوم نمودن محل وصله‌های ضعیف نیز صورت می‌پذیرد.

در ستون های بتن مسلح خرابیهای ناشی از زلزله مربوط به شکستهای ناشی از طول وصله ناکافی، شکستهای ناشی ازبرش، خمش و اندرکنش برش و خمش، شکست ستون کوتاه و گسیختگیهای ناشی از کمانش میلگردهای طولی می‌باشد.

 

نمونه‌ای از خوردگی میلگرد و شکست برشی ستون

شکل 1-  نمونه‌ای از خوردگی میلگرد و شکست برشی ستون

 

شکست تُرد و برشی ستون‌های بتنی به دلیل ماهیت ناگهانی آن بدترین نوع شکست می‌باشد. به همین دلیل همواره سعی بر آن است که مکانیسم کنترل کننده خرابی ستون بصورت خمشی باشد و ستون نباید به عنوان عضوی ضعیف در قاب سازه‌ای عمـل نماید. در شکل 1 نمونه‌ای از شکست برشی ستون دیده می‌شود.

در شکل 2 مکانیسم خرابی ستون‌ها به علت عملکرد نامناسب تیر قوی- ستون ضعیف دیده می‌شود.

شکل 2- مکانیسم خرابی در عملکرد تیر قوی – ستون ضعیف و ستون کوتاه

از دیگر خرابی‌های ستون می‌توان به کمانش آرماتورهای طولی، عدم دورگیری مناسب و طول ناکافی وصله‌ها اشاره نمود که در اشکال 3-الف، ب و پ به ترتیب نشان داده شده‌اند.

خاموت‌هایی که دارای اعوجاج بوده و یا تحت زاویه 135 درجه و با طول مناسب خم نمی‌گردند، نمی‌توانند از کمانش میلگردهای طولی جلوگیری کرده و یا دورگیری مناسبی برای بتن ایجاد نمایند. این امر منجر به شکست ستون قبل از تشکیل مفصل پلاستیک در تیر می‌گردد.

در ستون های بتنی به علت لغزش آرماتورهای طولی در محل وصله‌ها، مفصل پلاستیک در این نواحی ایجاد می‌گردد و طی چند سیکل ابتدایی خمش غیر الاستیک، ظرفیت باربری ستون به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابد.

 

کمانش آرماتورهای طولی به علت عدم دورگیری مناسب آنهاشکل 3-  کمانش آرماتورهای طولی به علت عدم دورگیری مناسب آنها

 

روشهای مقاوم سازی ستون‌ بتنی 

در سالهای اخیر روشهای تقویت ستون مختلفی برای بهبود ظرفیت خمشی، برشی و شکل‌پذیری ستونها توسط افزایش دورگیری جانبی ناحیه مفصل پلاستیک ارائه شده است که عملکرد مناسبی طی زلزله های مختلف داشته‌اند. این روش‌های تقویت ستون عبارتند از:

– ژاکت بتنی

– ژاکت فولادی ستون بتنی

-روش تقویت ستون با FRP

 

استفاده از ژاکت بتنی 

ژاکت بتنی شامل لایه‌ای از بتن، میلگردهای طولی و خاموتهای بسته می‌باشد. ژاکت بتنی مقاومت خمشی و برشی ستون را افزایش می‌دهد و افزایش شکل‌پذیری ستون در این حالت کاملاً مشهود است.

روکش بتن آرمه در مواردی که میزان شدت آسیبهای وارده به ستون زیاد باشد و یا ستون از ظرفیت کافی در برابر نیروهای جانبی برخوردار نباشد، بکار گرفته می‌شود. ژاکت بتنی بسته به شرایط می‌تواند دور تا دور ستون و یا در یک وجه آن اجرا شود.

مناسب بودن طرح ژاکت بتنی به پیوستگی آن با عضو بستگی دارد. اگر ضخامت ژاکت بتنی کم باشد، افزایش سختی درستون مقاوم سازی شده محسوس نمی‌باشد. ژاکت بتنی ستون باعث افزایش ابعاد ستون می‌گردد که علاوه بـر مسائل معماری، وزن ساختمان را نیز افزایش می‌دهد.

گاهی عملکرد مرکب بتن قدیم و روکش‌، صرفاً از طریق چسبندگی بین آنها (با توجه به زبر بودن سطح بتن قدیمی) تأمین می‌گردد که می‌توان برای ایجاد اتصال قوی‌تر بین قفس قدیم و جدید از آرماتورΩ  که به میلگردهای قدیمی و جدید جوش  شـده‌اند، استفاده نمود. البته درشرایطی که ابعاد ستون مقاوم سازی شده بزرگ باشد و دورگیری تمام میلگردهای جدید به صورت حداقل یک در میان امکان‌پذیر نباشد، استفاده ازتنگهای متصل کننده بمنظور جلوگیری از کمانش میلگردهای طولی، ضروری خواهد بود. (شکل 3)

 

کمانش آرماتور طولی به علت عدم دورگیری مناسب آنها

شکل 4- نحوه ایجاد اتصال مناسب بین بتن جدید و قدیم   الف) بدون استفاده از تنگ‌های متصل کننده و ب) با استفاده از تنگ‌های متصل کننده

 

نحوه ایجاد اتصال مناسب بین بتن جدید و قدیم از یک وجه ستون

شکل 5-  نحوه ایجاد اتصال مناسب بین بتن جدید و قدیم از یک وجه ستون

در صورتیکه ژاکت بتنی ستون تنها در قسمتی از ستون اجرا گردد، باید خاموتهای قدیم نمایان شده و خاموتهای جدید به آنها جوش شوند.

اگر بنا به دلایلی افزایش ظرفیت برشی بدون افزایش ظرفیت خمشی مد نظر باشد، پوشش بکار گرفته شده می‌تواند به سقف و تیرها متصل نباشد و اگر افزایش ظرفیت خمشی ستون نیز مد نظر است پوشش بکار گرفته شده باید از سقف عبور نماید (شکل 6).

استفاده از ژاکت بتنی

شکل 6-  استفاده از ژاکت بتنی   الف-  تقویت ستون بتنی (خمشی)       ب-تقویت ستون بتنی (برشی)

به هنگام استفاده از راهکار بهسازی ستون بتنی با ژاکت بتنی ستون، اگر افزایش ظرفیت خمشی ستون مدنظر باشد، آرماتورهای اضافه شده طولی باید در فونداسیون مهار شده و به صورت پیوسته از داخل سقف‌ها نیز عبور نمایند. نمونه‌ای از این امر در شکل 2-5-7 نشان داده شده است. میلگردهای طولی اضافی معمولاً در چهار گوشه ستون قرار می‌گیرند و به هنگام عبور از سقف نباید با تیرها برخورد نمایند. افزایش خاموتها در ژاکت بتنی ستون منجر به افزایش مقاومت برشی ستون می‌شود.

خاموتها را به علت وجود ستون نمی‌توان با یک میلگرد منفرد اجرا نمود و برای اجرای آنها استفاده از حداقل دو میلگرد که به آرماتورهای طولی متصل شده باشند، ضروری است. خم خاموتها باید دارای طول کافی بوده و حداقل زاویه آنها 135 درجه باشد.

 

جزییات تقویت ستون بتنی بوسیله ژاکت بتنی ستون به هنگام عبور از سقف

شکل 7- جزییات تقویت ستون بتنی بوسیله ژاکت بتنی ستون به هنگام عبور از سقف

 

اجرای ژاکت بتنی

اجرای ژاکت بتنی بهتر است با قالب و بتن خود تراکم اجرا گردد ولی اگر روکش بتنی ضخامت کمی داشته باشد، استفاده از روش بتن پاشی بهتر از بتن‌ریزی می‌باشد. در شکل اجرای روکش بتنی با قالب نشان داده شده است. در ایـن روش پس از بستن آرماتورها به دور ستون، قالب‌بندی و  بتن‌ریزی به صورت مرحله‌ای انجام می‌شود. ارتفاع قالب در هر مرحله باید طوری باشد که  بتن‌ریزی و تراکم آن امکان‌پذیر باشد.  بتن‌ریزی در قسمت فوقانی زیر سقف مشکل‌ترین قسمت است. در شکل اجرای روکش بتنی ستون با روش بتن پاشی نشان داده شده است. برای اجرای بتن شاتکریت مطـابق شـکل از کرمبندی استفاده می‌شود.

برای اطمینان از عمل مرکب بتن قدیم و جدید باید سطح بتن قدیم را با تیشه یا قلم مضرس نمود و یـا سطح آنها را با چسبهای شیمیایی پوشاند. آزمایشات و تجارب گذشته نشان می‌دهد که زبر نمودن سطح بتن برای پیوستگی بتن قدیم و جدید کافی می‌باشد، ولی با کاشت میخچه در فاصله 300 تا 500 میلیمتر عمل مرکب بین بتن قدیم و جدید بـه شکل کاملاً مشهودی افزایش می‌یابد.

 

اجرای ژاکت بتنی ستون

شکل 8- اجرای ژاکت بتنی ستون

اگر ژاکت بتنی ستون را محصور نماید، انقباض بتن جدید منجر به ایجاد اصـطکاک بین بتن قدیم و جدید می‌گردد و احتیاجی به کاشت بولت نخواهد بود (شکل 9).

 

استفاده از ژاکت بتنی جهت مقاوم سازی ستون بتنی

شکل9- استفاده از ژاکت بتنی جهت مقاوم سازی ستون بتنی

ژاکت فولادی ستون بتنی

محصور نمودن ستون‌های بتنی با پوشش فولادی (ژاکت فولادی ستون بتنی) از دیگر روش‌های تقویت ستون بتنی می‌باشد. در این روش، افزایش ناچیزی در ابعاد و وزن ستون بوجود می‌آید. موثر بودن این روش منوط به سختی مناسب روکش در برابر تغییر شکل‌های جانبی بتن می‌باشد. همانند شکل 10 روکش می‌تواند بصورت پیوسته و یا قفسه‌ای باشد.

 

استفاده از ژاکت فولادی ستون بتنی در بهسازی ستون بتنی

شکل 10- استفاده از ژاکت فولادی ستون بتنی در بهسازی ستون بتنی

ژاکت فولادی ستون بتنی در تمامی طول خود به هم جوش می‌شوند و فضای اندک بین روکش و ستون توسط ملات منبسط شونده پر می‌گردد. برای بهبود عملکرد مجموعه می‌توان از کاشت میلگرد برای انتقال برش بین ورق و بتن استفاده نمود.

استفاده از ژاکت فلزی می‌تواند به عنوان روشی موقت برای بهسازی ستون بتنی که پس از زلزله دچار آسیب شده‌اند، بکار گرفته شود.

 تقویت ستون بتنی با فولاد و انواع ژاکت فلزی ستون بتنی جهت افزایش مقاومت برشی ستون

روکش فولادی مقاومت برشی و تا حدودی دورگیری ستون را افزایش می‌دهد. نمونه‌ای از روکش‌های فولادی که استفاده از آن منجر به افزایش مقاومت برشی می‌گردد، در شکل 11 نشان داده شده است.

 

 

استفاده از ژاکت فولادی ستون بتنی در بهسازی ستون بتنی

شکل 11

در صورت عدم پیوستگی بین ژاکت فلزی ستون در طبقات مختلف، ظرفیت نیروی محوری ستون افزایش  نمی‌یابد. تا زمانی که نتوان ورق‌های روکش فولادی را به فونداسیون متصل کرد و پیوستگی بین روکش فولادی طبقات مختلف را از میان دال ایجاد نمود، مقاومت خمشی ستون افزایش نمی‌یابد. با بکارگیری جزئیات مناسب که نمونه‌های اجرا  شده‌ای از آن در اشکال 12 نشان داده شده است، مقاومت خمشی ستون افزایش می‌یابد.

تقویت ستون بتنی با فولاد و نمونه ای از ژاکت فلزی جهت افزایش مقاومت خمشی

شکل 12- تقویت ستون بتنی با فولاد و نمونه ای از ژاکت فلزی جهت افزایش مقاومت خمشی

روکش فولادی را می‌توان با نیمرخهای فولادی و تسمه‌های اتصال به شکل قفسه اجرا نمود. این نوع روکش فولادی یکی از  متداولترین و کاربردی‌ترین روشهای اجرایی روکش فولادی می‌باشد.

 

مقاوم سازی ستون بتنی بوسیله ژاکت فلزی قفسه ای

شکل 13- مقاوم سازی ستون بتنی بوسیله ژاکت فلزی قفسه ای

ستون های مستطیلی را می‌توان با استفاده از روکشهای فولادی مدور تقویت نمود. روکش فولادی دایره‌ای از دو ورق فولادی نیم‌دایره تشکیل شده که به یکدیگر جوش شده‌اند. استفاده از روکشهای فولادی مدور به مراتب دشوارتر از سایر روشهـای روکش‌گذاری می‌باشد ولی تحقیقات نشان می‌دهد که این روش در افزایش مقاومت و تغییرمکانهای غیرالاستیک ستونها، بسیار موثر می‌باشد. روکشهایی که به شکل بیضی کشیده شده هستند، مقاومت برشی و دورگیری بهتری را برای رفتار حول محور قوی فراهم می‌کنند. در حالی که روکشهای دایره‌ای، مقاومت و دورگیری بهتری را حول محور ضعیف ستون ایجاد خواهند کرد. بـا آنکه روکش فولادی دایره‌ای مانند حلقه مسلح کننده پیوسته می‌باشد ولی بکارگیری آن بـرای ستونهای بـا مقطع مستطیلی توصیه نمی‌شود.

شکست در ناحیه وصله آرماتورهای طولی از جمله خرابیهای متداول در ستون می‌باشد. استفاده از پوشش های فولادی احتمال شکست وصله آرماتورهای طولی را کاهش داده و سلامت خمشی وصله‌های پوششی در ستون را افزایش می‌دهد. در صورتیکه طول وصله ستون کافی باشد.

مقاوم سازی ستون بتنی بوسیله ژاکت فلزی قفسه ای

شکل 14 – تقویت ستون بتنی با فولاد مدور در بهسازی ستون بتنی مستطیلی

 

 

تقویت ستون بتنی با فولاد مدور در بهسازی ستون بتنی مستطیلی

شکل 15- استفاده از پیش تنیدگی عرضی در مقاوم سازی ستون بتنی

با انجام تدابیری خاص می‌توان در روکش قفسهای، پیش فشردگی اولیه‌ای ایجاد نمود و بدین ترتیب ظرفیت باربری نهایی ستون را افزایش داد. در این روش برای پیش فشرده کردنِ نبشیها، از گیرههای موقتی استفاده می‌شود و مراحل کار آن بـه ترتیب زیر می‌باشد:

  1. قرار دادن نبشی‌ها در گوشه ستون
  2. قرار دادن گیره‌هایی به فواصل مناسب روی نبشی‌ها و اعمال نیروی فشاری
  3. جوش دادن تسمه‌های اتصال روی نبشی‌های گوشه ستون در فواصل تعیین شده
  4. باز کردن گیره‌ها.

تقویت ستون بتنی با نبشی

شکل 16- تقویت ستون بتنی با نبشی

 

مقاوم سازی ستون بتنی
1 (20%) 1 vote