مقاوم‌ سازی تیر بتنی با FRP

مقاوم سازی تیر بتنی با FRP

مقاوم‌ سازی تیر بتنی با FRP جهت رسیدن به عملکرد دلخواه از طریق افزایش ظرفیت باربری خمشی و برشی، افزایش مقاومت در برابر سایش، افزایش مقاومت در برابر خوردگی و حتی حرارت می باشد. برای مقاوم‌ سازی تیر بتنی با FRP که آرماتور آنها به دلیل حضور در شرایط نامساعد خورده شده اند، نیز می­توان از مصالح FRP استفاده کرد. بدین ترتیب تیر بتنی ضمن افزایش مقاومت خمشی و برشی، در مقابل شرایط محیطی خورنده نیز با استفاده از FRP محافظت می شوند.

مقاوم‌ سازی تیر بتنی با FRP و تقویت تیر بتنی با FRP روش نسبتاً جدیدی به شمار می‌رود که در پروژه های بهسازی لرزه ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. مصالح FRP خواص فیزیکی بسیار مناسبی دارند که می‌توان به مقاومت کششی بالا و ضخامت و وزن کم اشاره آن نمود. در مجموع مقاوم سازی و تقویت تیر بتنی با FRP جهت افزایش عملکرد لرزه ای آن از طریق افزایش ظرفیت باربری خمشی، برشی، افزایش مقاومت در برابر سایش، افزایش مقاومت در برابر خوردگی و حتی حرارت می‌باشد. روشهای متعددی جهت رفع ضعف تیر وجود دارد، که از جمله آنها می‌توان روش مقاوم سازی تیر بتنی با FRP را به دلیل مزایای بسیار بالای آن نام برد. در حقیقت مقاوم سازی تیر با FRP راه حل اقتصادی و موثری برای تقویت تیر بتنی در برابر خمش و برش می باشد که امروزه بدلیل کاهش قیمت FRP به خصوص در ایران بسیار متداول شده است. در جریان تقویت تیرهای بتنی با FRP مصالح و الیاف FRP در طی 3-4 روز به 3 برابر مقاومت کششی فولاد می رسند، از این رو با توجه به اینکه الیاف FRP مقاومت کششی بسیار بالایی نسبت به ورقه های فولادی دارند، اتصال FRP به ناحیه کششی بتن در تیر بتنی سبب افزایش ظرفیت خمشی مقطع خواهد شد. عوامل متعددی مانند ابعاد مقطع تیر بتنی، مساحت و مشخصات مکانیکی میلگردهای موجود و FRP مورد استفاده و همچنین مقاومت بتن موجود، در میزان افزایش مقاومت خمشی سازه های بتنی با استفاده از سیستم های FRP دخیل می باشند. در ادبیات فنی این افزایش مقاومت از 10 تا 160 درصد گزارش شده است. لذا با توجه به محدودیت های موجود در خصوص شکل پذیری، ضوابط بهره برداری و دیگر محدودیت های آیین نامه ای، افزایش مقاومت خمشی سازه های بتنی تا حداکثر 40 درصد قابل قبول تلقی و توصیه شده است. همچنین در مقاوم سازی تیر بتنی با FRP با اتصال مصالح FRP به ناحیه کششی بتن به طوری که راستای الیاف آن عمود بر محور طولی تیر باشد، موجب افزایش مقاومت برشی تیر می شود. نتایج مطالعات نشان می‌دهد که سختی تیرهای بتنی مقاوم سازی شده با FRP، بعد از ترک خوردگی بسیار بیشتر از سختی تیرهای تقویت نشده بعد از ترک خوردگی است که این مسئله در هنگام زلزله بسیار حائز اهمیت می‌باشد. ورقه ها و لمینیت FRP بدلیل ضخامت کمی که دارند (حدود 05/0 اینچ یا 3/1 میلی متر) با کمترین افزایش در ابعاد تیر باعث مقاوم سازی تیر می‌شوند. کارشناسان فنی و مهندسان شرکت مقاوم سازی افزیر جهت مقاوم سازی تیر بتنی با FRP، تعداد و جهت گیری فیبرها در هر لایه FRP را بطور دقیق محاسبه کرده و نقشه مهندسی برای ترمیم و مقاوم سازی تیر بتنی با FRP ارائه می دهند.

لازم به ذکر است جهت مقاوم سازی تیرهایی که آرماتور آنها به دلیل حضور در شرایط نامساعد محیطی خورده شده اند  نیز می-توان از مصالح FRP بهره جست.

 

انواع تیرهای بتنی که می‌توان با FRP مقاوم سازی کرد عبارتند از:

  1. تیر بتنی مسلح
  2. تیر بتنی پیش تنیده
  3. تیرهای بتنی پیش ساخته

 

مزایای روش مقاوم‌ سازی تیر بتنی با FRP

  1. افزایش مقاومت خمشی تیر
  2. افزایش مقاومت برشی تیر
  3. افزایش شکل پذیری تیر
  4. افزایش مقاومت در برابر خوردگی
  5. افزایش دوام و عمر
  6. کنترل عرض ترک
  7. ضخامت کم ورقه های FRP و عدم تغیر قابل توجه در ابعاد تیر
  8. سهولت در اجرا
  9. هزینه پایین نسبت به روش های مرسوم دیگر
  10. ترمیم ناشی از خوردگی

 

مقاوم سازی تیر با FRP

مقاوم سازی تیر با FRP

 

اجرای مقاوم‌ سازی تیر بتنی با FRP

جهت استفاده از مصالح FRP برای مقاوم‌ سازی تیر بتنی با FRP، سطح بتن بایستی جهت نصب و اجرای FRP آماده سازی گردد.

 

اجرای FRP جهت تقویت تیر بتنی

اجرای FRP جهت تقویت تیر بتنی

 

آماده کردن سطح بتن

برای جلوگیری از کنده شدن صفحه FRP و چسب یا رزین از روی سطح بتن، این سطح باید به نحو مناسبی قبل از رزین زدن آماده سازی گردد. در این راستا تمام موارد ناصافی و ناهمواری باید صاف و هموارگردند. وقتی یک لایه نازکFRP  بر روی سطح  ناهموار بتنی چسبانده شود، قسمتهایFRP  که روی ناهمواریها قرار گرفته دچار کشش می‌گردد و تمایل به صاف شدن دارند و این سبب ایجاد تنشهای جدا کننده می‌گردد که ممکن است پس از رسیدن به حد معینی، سبب از بین رفتن چسبندگی در این نقاط شود.

 

آماده‌ سازی سطح FRP

اگر سطح صفحهFRP  به طور مناسب آماده نشود، به عنوان مثال اگر ذرات آلودگی و چربی از سطحFRP  برداشته نشود، ممکن است جدایی اتصال در سطح نوار FRP با چسب رخ دهد.

 

چسب FRP

در حال حاضر چسبهای FRP بسیار قدرتمندی توسط شرکت مقاوم سازی افزیر در دسترس می‌باشند که می‌توانند در چسباندن و استفاده از نوارها، لمینیت ها و الیافFRP  مورد استفاده قرار گیرند. با توجه به اینکه مقاومت رزینها و چسبها از مقاومت بتن بیشتر است، به همین دلیل در اغلب حالات مکانیزم شکست در بتن رخ می‌دهد و شکست در لایه چسب به ندرت رخ می‌دهد. تنها در صورت استفاده از چسب نامناسب و یا اجرای غلط و نامطلوب در سیستم FRP، امکان بروز مشکل در لایه چسب وجود دارد. این مشکل در سطح مشترک چسب و الیاف FRP و یا در سطح مشترک بتن و چسب رخ می‌دهد.

 

تقویت خمشی تیر با FRP

در این بخش به نحوه محاسبه تقویت تیر بتنی با FRP پرداخته می‌شود. برای نمونه تقویت مقاطع مستطیلی و T شکل بررسی شده‌اند. مفاهیم اساسی ارائه شده می‌تواند برای هر شکل هندسی دیگر نیز مورد استفاده قرار گیرد.

استفاده از سیستم تقویت تیر بتنی با FRP در ناحیه کششی بتن به طوری که راستای الیاف آن در جهت طولی یک عضو خمشی باشد، باعث افزایش مقاومت خمشی آن عضو  می‌گردد. هرگاه افزایش مقاومت خمشی اعضای قاب خمشی شکل‌پذیر مقاوم در برابر زلزله، که انتظار تشکیل مفصل پلاستیک در آن باشد، توسط سیستم FRP صورت گیرد، در طراحی این حالات باید رفتار قاب تقویت شده با در نظر گرفتن کاهش قابل توجه چرخش و انحنا در قسمتهای تقویت شده با FRP بصورت دقیق مورد بررسی قرار گیرد. همچنین در این وضعیت تاثیر بارهای متناوب بر مصالح FRP نیز باید بررسی شود. نمونه‌ای از روش‌های تقویت تیر با FRP که توسط شرکت افزیر صورت گرفته است، در شکل زیر نشان داده شده است.

 

تقویت برشی تیر بتنی با FRP

مقاوم سازی خمشی و برشی تیر بتنی با FRP

 

تقویت برشی تیر بتنی با FRP

استفاده از الیاف FRP به صورت رکابیهای خارجی، سبب افزایش مقاومت و تقویت تیرهای بتنی با در سازه های بتن آرمه می‌گردد. در این روش صفحات FRP  به وجوه جانبی تیر چسبانده می‌شود بطوری که راستای الیاف عمود بر محور طولی تیر یا مایل باشد. برای داشتن رکابی خارجیU  شکل، مصالح FRP  بصورت ممتد روی دو وجه جانبی و زیر تیر نصب می‌شود که این امر سبب بهبود مهاری تقویت خمشی FRP  نیز می‌گردد. برای افزایش کارآیی تقویتهای برشی، تامین مهار انتهایی لازم است.

با توجه به اینکه طول موجود برای نصب رکابیهای FRP  به ارتفاع تیر محدود می‌شود، بتن موجود باید از کیفیت مناسبی برخوردار باشد. سطح بتن باید متناسب با نیازمندیهای مصالح FRP  مورد استفاده و در صورت لزوم ترمیم شود. به منظور پرهیز از گسیختگی رکابی‌های FRP در اثر تمرکز تنش در گوشه‌های مقطع تیر، این گوشه‌ها باید به شعاع حداقل 30 میلی‌متر گرد شوند.

تقویت برشی تیر بتنی با FRP

تقویت برشی تیر بتنی با FRP

 

محل کاربرد و مزایای مقاوم‌ سازی تیر بتنی با FRP

مقاوم سازی افزیرمقاوم سازی تیر بتنی با FRP در پروژه های دارای محدودیت منابع مالی به علت صرفه اقتصادی

  • کاهش هزینه های تولید، طراحی، نصب و اجرای مصالح FRP به علت پیشرفت دانش فنی و در نتیجه عدم نیاز به ضرایب اطمینان گذشته به علت جهل در رفتار آن ها

مقاوم سازی افزیربهسازی تیر بتنی با FRP در پروژه های دارای محدودیت اجرایی

  • انتقال آسان مصالح FRP به فضای داخلی پروژه به علت حجم و وزن اندک آن ها در مقایسه با روش های سنتی مقاوم سازی با جکت فولادی یا بتنی
  • نصب ساده مصالح FRP به کمک چسباندن بر روی تیر
  •  سهولت برش در اندازه‌های دلخواه
  • امکان تقویت به صورت خارجی

مقاوم سازی افزیرمقاوم سازی و افزایش مقاومت تیر بتنی با FRP در پروژه های نیازمند به اجرای سریع و ضربتی

  • عدم نیاز به عمل آوری طولانی مدت و کاهش زمان اجرا
  • رسیدن به 3 برابر مقاومت کششی فولاد در طی یک روز

مقاوم سازی افزیرمقاوم سازی تیر بتنی با FRP در پروژه های نیازمند به عدم اختلال در بهره برداری

  • استفاده از ابزار آلات ساده و کم حجم برای اجرا و در نتیجه کمترین اختلال در بهره برداری
  • عدم نیاز به عملیات کارگاهی دشوار و نیازمند به تخلیه سازه از جمله برشکاری، سوراخ کاری و جوشکاری
  • عدم نیاز به کاشت بولت و خرابی های آن بر خلاف روش های سنتی  مقاوم سازی با جکت فولادی یا بتنی
  • عدم نیاز به داربست گسترده بر خلاف روش های سنتی  مقاوم سازی با جکت فولادی یا بتنی

مقاوم سازی افزیرترمیم و تقویت تیر بتنی با FRP در پروژه های نیازمند به کمترین تغییر معماری

  • کم ترین تغییر در  ابعاد، شکل و وزن در المان های مقاوم سازی شده با FRP به علت ضخامت کم آن ها نسبت به روش های سنتی مقاوم سازی با جکت فولادی یا بتنی

مقاوم سازی افزیرمقاوم‌سازی تیر بتنی با FRP در تیر دارای ضعف خمشی

  • افزایش قابل توجه ظرفیت خمشی تیر در صورت هم راستایی الیاف با راستای تیر
  • بهره گیری از ظرفیت کششی FRP برای مقاوم سازی المان تحت خمش مثبت و منفی با چسباندن صفحات FRP به وجوه بالا و پایین تیر

مقاوم سازی افزیرمقاوم‌سازی تیر بتنی با FRP در تیر دارای ضعف برشی

  • افزایش قابل توجه ظرفیت برشی تیر در صورت عمود یا مایل بودن راستای الیاف نسبت به راستای تیر (رکابی خارجیU شکل)
  • بهبود وضعیت مهاری صفحات FRP به کار گرفته شده برای تقویت خمشی در صورت استفاده از رکابی خارجی U  شکل ممتد
  • ضرورت گرد کردن گوشه های مقطع مربع با شعاع حداقل 30 میلیمتر به علت احتراز از تمرکز تنش در آن ها

مقاوم سازی افزیرمقاوم سازی تیر بتنی با FRP برای افزایش مقاومت موضعی تیرهای دارای سوراخ

  • تقویت موضعی اطراف سوراخ های تیر به علت عبور تاسیسات به کمک FRP
  • تقویت تیر بتنی با FRP برای تامین سطح مقاوم در برابر سایش
  • مقاومت سایشی قابل توجه مصالح FRP در مقایسه با مصالح سنتی
  • تعمیر تیر بتنی با FRP برای تیرهای با پوشش بتن ترک خرده
  • افزایش دوام و مقاومت در برابر خوردگی با کاهش عرض ترک ها

مقاوم سازی افزیرمقاوم سازی تیر بتنی با FRP در پروژه های نیازمند به تامین سطح مقاوم در برابر خوردگی و دارای عمر مفید طولانی

  • عدم نیاز به تکرار مقاوم سازی پس از چند سال و یا نگهداری شدید از المان بر خلاف استفاده از جکت های فولادی یا بتنی
  • سازه طرح از ابتدا یا موجود
  • افزایش عمر مفید سازه به علت محافظت از بتن و آرماتور در برابر شرایط مخرب محیطی از قبیل حضور سولفور، کلر، رطوبت، محیط قلیایی و اسیدی و …
  • سازه آسیب دیده

مقاوم سازی افزیراستفاده از سامانه پس کششی FRP و در نتیجه

  • تقویت خمشی و برشی المان

مقاوم سازی افزیرکاهش عرض ترک های موجود در پوشش بتنی به کمک کشش اولیه ایجاد شده در صفحات FRP

  • محافظت آتی از آرماتورها در برابر شرایط مخرب محیطی

مقاوم سازی افزیرمقاوم سازی پوتر بتنی با FRP برای افزایش مقاومت در برابر حرارت

  • محافظت از تیر بتنی به علت ایجاد پوشش نارسانای حرارتی

مقاوم سازی افزیرمقاوم سازی تیر بتنی با FRP برای تامین آب بندی کامل المان

  • افزایش عمر مفید
  • کاهش سرعت خوردگی

مقاوم سازی افزیرمقاوم سازی تیر بتنی با FRP برای تامین فضای نارسانای الکتریکی

  • محافظت از تیر بتنی به علت ایجاد پوشش نارسانای الکتریکی

مقاوم سازی افزیرمقاوم سازی تیر بتنی با FRP برای تامین فضای نارسانای مغناطیسی

  • محافظت از تیر بتنی به علت ایجاد پوشش نارسانای مغناطیسی
  • ایده آل برای سایت های با دسترسی محدود به علت حجم و وزن اندک
  • دارای نسبت بالای مقاومت به وزن
  • دارای چگالی در حدود 20 درصد فولاد

مقاوم سازی افزیرمقاوم سازی تیر بتنی با FRP برای رفع مشکل کمبود سختی المان و خیز و ارتعاش بیش از حد آن

  • تامین سختی قابل توجه با بهره گیری هوشمندانه از الیاف و رزین متناسب

مقاوم سازی افزیرمقاوم سازی تیر بتنی با FRP در پروژه های دارای اشتباهات طراحی

  • میلگرد گذاری نادرست بتن
  • اجرای اشتباه خاموت ها
  • خیز غیر مجاز دال و سقف بتن آرمه

مقاوم سازی افزیربازسازی و تقویت تیر بتنی با FRP در پروژه های دارای اشتباهات اجرایی

  • جدا شدگی سنگ دانه ها بتن
  • کرمو شدگی سطح بتن و تجمع سنگدانه ها

مقاوم سازی افزیرمقاوم‌ سازی تیر بتنی با FRP در پروژه های مقاوم سازی به علت تغییر در کاربری سازه و بارگذاری های اضافی ثقلی و جانبی

مقاوم سازی افزیریهسازی لرزه ای تیر بتنی با FRP در پروژه های مقاوم سازی به علت افزایش تعداد طبقات ساختمان های بتنی

مقاوم سازی افزیرمقاوم‌ سازی تیر بتنی با FRP در پروژه های دارای ضعف اتصالات بتن

 

 

مقاوم‌سازی تیرهای بتنی با FRP

مقاوم سازی تیر بتنی پل با FRP

 

مقاوم‌سازی تیرهای بتنی با FRP

مقاوم‌سازی تیرهای بتنی با FRP

مقاوم‌ سازی تیر بتنی با FRP
4 (80%) 4 votes