مقاوم‌ سازی ستون بتنی با FRP

مقاوم‌ سازی ستون بتنی با FRP

روش مقاوم سازی ستون با FRP به منظور تقویت و افزایش مقاومت ستون بتنی در برابر زلزله، سایش، خوردگی، حرارت، آتش سوزی و یا باز گرداندن ستون به عملکرد دلخواه مورد استفاده قرار می‌گیرد. در ساختمان ها اغلب زنگ زدگی، خوردگی، افزایش بار زنده یا مرده و خطاهای ساخت، منجر به ضعیف شدن ستون ها می شود که نیاز به مقاوم سازی دارند. استفاده از مصالح FRP یک روش سریع و مقرون به صرفه برای مقاوم سازی ستون های بتنی می‌باشد. امروزه قیمت مقاوم سازی ستون با FRP در مقایسه با روش های سنتی کم بوده و نحوه اجرای آن آسان و ارزان می‌باشد.

هنگامی که ستون تحت بارهای لرزه ای قرار می گیرد، مسئله ظرفیت جذب انرژی و شکل پذیری ستون اهمیت می یابد که استفاده از الیاف FRP ضمن افزایش ظرفیت برشی ستون، مد گسیختگی آن را از حالت برشی به خمشی تغییر داده و شکل پذیری را به میزان قابل توجهی افزایش می¬دهد. در جریان مقاوم سازی ستون بتنی با FRP مقاومت فشاری ستون افزایش می یابد بدین ترتیب که می توان از سیستم هایFRP ، جهت ایجاد محصورشدگی از طریق دورپیچ کامل FRP و به طبع آن افزایش مقاومت فشاری ستون بتنی استفاده نمود. در حقیقت بتن محصور شده مقاومت فشاری بسیار بالاتری نسبت به بتن محصور نشده دارد زیرا محصور کردن ستون باعث ایجاد فشار جانبی بر بتن می شود و وجود فشار محیطی بر ستون بتنی سبب افزایش مقاومت فشاری آن می شود. این امر همچنین باعث افزایش شکل پذیری اعضا تحت ترکیب نیروهای محوری و خمشی می‌شود. در این وضعیت، الیاف حلقوی FRP مشابه تنگهای بسته یا خاموتهای مارپیچ فولادی عمل می‌کنند. در محاسبه مقاومت فشاری محوری عضو باید از سهم الیاف FRP موازی با راستای طولی آن صرف نظرگردد.

در این روش قرارگیری الیاف در امتداد عمود بر محور طولی عضو به صورت دورپیچ کامل، سبب ایجاد محصورشدگی انفعالی (Passive) در عضو می گردد. از این رو FRP تا زمان بارگذاری و رخداد تغییرشکل های عرضی در ستون بتنی موجود منفعل بوده و تحت تنش قرار نگرفته و تاثیری در باربری عضو ندارد. بدین سبب اجرا و نصب استاندارد و اطمینان از چسبندگی کامل بین بتن و FRP در این روش مقاوم سازی بسیار حائز اهمیت می باشد. از این رو شرکت مقاوم سازی افزیر با بکارگیری مهندسان و کارشناسان با تجربه و کار آزموده در زمینه طراحی و اجرای دقیق پروژه های مقاوم سازی ستون بتنی با FRP اطمینان کافی را  برای اجرای دقیق انواع پروژه های مقاوم سازی با FRP می دهد.

 

روش مقاوم سازی ستون با FRP

روش مقاوم سازی ستون با FRP

هنگامی که ستون یا عضو فشاری تحت بارهای لرزه‌ای قرار می‌گیرد، مسئله ظرفیت جذب انرژی و شکل‌پذیری ستون اهمیت می‌یابد. در این ارتباط مقاوم سازی یا بهسازی آن عضو با افزایش شکل‌پذیری انجام می‌گیرد، از معایب این روش هزینه بالای آن، رفتار تردشکن و مقاومت کم آن در برابرآتش‌سوزی می‌باشد.

 

انواع ستون‌های بتنی که می‌توان با مصالح FRP تقویت نمود، عبارتند از:

  • ستون های گرد بتنی، ستونهای لوله بتنی
  • ستون های کتابی یا مستطیلی
  • ستون های مربعی بتنی
  • ستونهای پیش ساخته بتنی

 

مقاوم سازی افزیرمزایا و خصوصیات مقاوم سازی ستون بتونی با FRP

  • افزایش مقاومت خمشی ستون
  • افزایش مقاومت برشی ستون
  • افزایش مقاومت فشاری ستون
  • افزایش مقاومت در برابر خوردگی
  • افزایش دوام و عمر
  • کنترل گسترش ترک و عرض ترک
  • ضخامت کم ورقه های FRP و عدم تغیر قابل توجه در ابعاد تیر
  • سهولت در اجرا
  • هزینه پایین نسبت به روش های مرسوم دیگر
  • افزایش شکل پذیری

 

اجرای FRP جهت مقاوم سازی ستون بتنی

اجرای FRP جهت مقاوم سازی ستون بتنی

مقاوم سازی افزیرطراحی و محاسبات سازه‌ای FRP در تقویت ستون ها

همانگونه که اشاره شد بتن محصور شده مقاومت فشاری بسیار بالاتری نسبت به بتن محصور نشده دارد. محصور کردن ستون باعث ایجاد فشار جانبی بر بتن می شود و وجود فشار محیطی بر عضو بتنی سبب افزایش مقاومت فشاری آن می‌شود. محصور شدگی با جلوگیری از گسترش بارهای خارج از محور در ستون، ظرفیت تحمل بار محوری را افزایش می دهد.

 

مقاوم سازی افزیرمنحنی تنش کرنش ستون تقویت شده با FRP

منحنی تنش – کرنش یک ستون بتنی در حالت های محصور نشده و محصور شده با FRP در سطوح مختلف محصورشدگی در شکل زیر نشان داده شده است. این شکل بخوبی گویای تاثیر محصورشدگی در افزایش مقاومت فشاری عضو بتنی با FRP بوده و علاوه بر آن نشان دهنده تاثیر محسوس محصورشدگی بر افزایش کرنش نهایی بتن می باشد. این موضوع افزایش شکل پذیری المان بتنی محصور شده با FRP را به همراه خواهد داشت.

محصور شدگی بتن با FRP

محصور شدگی بتن با FRP

مقاوم سازی افزیرانواع روش های تقویت ستون با FRP

دورپیچ کامل با FRP

از سیستم های FRP، می‌توان جهت ایجاد محصورشدگی از طریق دورپیچ کامل FRP و به طبع آن افزایش مقاومت فشاری المان بتنی استفاده نمود. در این روش، قرارگیری الیاف FRP در امتداد عمود بر محور طولی عضو به صورت دورپیچ کامل، سبب ایجاد محصورشدگی انفعالی (Passive) در عضو می‎گردد. از این رو FRP تا زمان بارگذاری و رخداد تغییرشکل های عرضی در المان بتنی موجود منفعل بوده و تحت تنش قرار نگرفته و تاثیری در باربری عضو ندارد. بدین سبب اجرا و نصب استاندارد و اطمینان از چسبندگی کامل بین بتن و FRP در این روش مقاوم سازی بسیار حائز اهمیت می‌باشد.

تقویت ترکیب فشاری – خمشی

دورپیچ کامل یا ژاکت FRP ، می‌تواند جهت ایجاد محصورشدگی و در نتیجه افزایش مقاومت ستونها و المان های بتنی تحت ترکیب نیروهای فشاری و خمشی مورد استفاده قرار گیرد. لذا توجه به هشدار فنی در خصوص استفاده از FRP جهت تقویت فشاری – خمشی سازه های بتنی زیر بسیار حائز اهمیت است. افزایش قابل ملاحظه مقاومت تنها در صورتیکه نقطه متناظر با نیروی فشاری و خمشی نهایی در بالای خط متصل کننده مبدا به نقطه بالانس در منحنی P-M باشد محقق خواهد شد. همانطور که از دیاگرام  P-M در دو حالت محصور شده با FRP و محصور نشده مطابق شکل قابل دریافت است، محدودیت مذکور از این واقعیت که افزایش مقاومت در نتیجه محصورشدگی با FRP تنها برای المان های با مود شکست حاکم فشاری قابل ملاحظه می باشد، نشات می گیرد.

 

منحنی اندرکنش ستون تقویت شده با مصالح FRP

منحنی اندرکنش ستون تقویت شده با مصالح FRP

 

مقاوم سازی افزیرمکانیزم های شکست ستون های بتنی تحت بار زلزله جهت تقویت با FRP

شکست برشی ستون های بتنی

نامطلوب ترین حالت شکست، شکست برشی ستون است که ابتدا ترکهای مایل و مورب در بتن ظاهر می‌شوند و پس از گسیختگی و یا باز شدن فولاد عرضی مقطع یا خاموت (تنگ) روی می‌دهد. در نهایت با کمانش آرماتورهای طولی یک شکست ترد و یا انفجاری رخ می دهد این حالت شکست اساسا به دلیل کافی نبودن آرماتورهای عرضی مقطع رخ می دهد. ضعف خمشی، برشی و فشاری و حتی شکل پذیری ستون های بتنی را می‌توان از طریق مصالح کامپوزیتی FRP ارتقاء داد.

 

خرابی ناشی از ایجاد مفصل پلاستیک خمشی در ستون های بتنی

این حالت شکست پس از وقوع زلزله بسیار به چشم می خورد و عموما در مناطق انتهایی ستون روی می دهد و به ناحیه کوچکی منحصر می‌شود. در این حالت ابتدا قسمتی از پوشش بتن کنده می‌شود و سپس شکست آرماتورهای عرضی و در ادامه کمانش آرماتورهای طولی اتفاق می‌افتد. این ضعف ستون های بتنی را میتوان با دورپیچی الیاف FRP در محل اتصال تیر به ستون بر طرف نمود.

خرابی در محل وصله پوششی آرماتورهای طولی در ستون های بتنی

این حالت در ستونهایی روی می‌دهد که آرماتورهای طولی آنها در محلی که لنگر وارده زیاد است با یکدیگر همپوشانی دارند عموما در هنگام زلزله، انتهای ستون تحت خمش زیادی قرار می گیرد چنانچه طول وصله بسیار کوچک باشد در طول بارگذاری رفت و برگشتی آرماتورها جدا خواهند شد. با استفاده از سیستم تقویت با FRP به روش محصورسازی در محل هایی که آرماتورهای طولی همپوشانی کافی ندارند می‌توان از این نوع خرابی جلوگیری کرد.

مقاوم سازی ستون گرد بتنی با FRP

مقاوم سازی ستون گرد بتنی با FRP

جزئیات تیپ مقاوم سازی ستون بتنی با FRP

جزئیات تیپ مقاوم سازی ستون بتنی با FRP

مقاوم‌ سازی ستون بتنی با FRP

مقاوم‌ سازی ستونهای بتنی با FRP

 

مقاوم‌سازی ستونهای بتنی با FRP

مقاوم‌سازی با FRP