تدعيم العتبات باستخدام FRP
العتبة هي عنصر جامد متكئ على اساسين بصورة افقية ويقاوم القوى العامودية الفاعلة عليه . هذه القوى تنبع من حمل المبنى وثقل العتبة بالإضافة لضغوط اخرى تؤدي لجهود قص وانحناء. يُعد الجائز عنصرًا إنشائيًا يقاوم بشكل رئيسي الأحمال المُطبقَة جانبيًا على محوره. يُمثل الانحناء نمط الانحراف الرئيسي في الجائز. ينتج عن الأحمال المُطبقة على الجائز قوى رد فعل عند ركائزه. ينتج عن التأثير الإجمالي لجميع القوى المؤثرة على الجائز قوى قص وعزوم انحناء تحدث ضمن الجائز، والتي بدورها تحفز الاجهادات الداخلية والانفعالات والانحرافات فيه.
بدأ إستخدام الألياف الكربونية FRP في تقوية و تدعيم العانصر الإنشائية منذ الستينات من القرن الماضي بديلا عن أسليب التقليدية التي غالبا ما تعتمد على تكبير المقطع العرضي لهذه العناصر و ما قد ينتج عن ذلك من تغيير في الأبعاد المعمارية للمنشأ غير مرغوبة في كثير من الأحيان.
تعددت استخدام المواد المتراكبة ( البوليمارات المسلحة ) و تنوعت بحيث شملت معظم النواحي العمرانية مثل الجسور و البيوت و کذلك المركبات الفضائية و السيارات و الطائرات و غيرها من الاستخدامات العديدة . و يرجع السبب في ذلك إلى خفة الوزن و المقاومة العالية للمواد الكيميائية و قوتها الميكانيكية العالية ، و المتمثلة باجساءة و إجهاد الخضوع و المتانة و القوة و المقاومة للكلل و الزحف .
تقوية الإنحنائي باستخدام البوليمرات المسلحة مع FRP :
أحدى تطبيقات البوليمرات المدعمة بالألياف (FRP ) هي تقوية العتبات على الإنحناء أو البلاطة الخرسانية في الفتحات الطويلة . و هذا لا يعني لايمكن استخدامها في الفتحات الصغيرة ايضا . اذا كان تصميم الأولي للعنصر غير مناسب يمكن زيادة الصلابة و مقاومة إنحناء العنصر عن طريق استخدام الياف FRP . إذا كانت نسبة سمك و طول العنصر إلى فتحه منخفضة ،تكون صلابته منخفضة و نتيجة لذلك تزداد الإنحناء عند المنتصف . کذلك اذا كان الصلب في العتبات أو البلاط أقل من المطلوب ، تحدث شقوق في أسفل العتبة أو البلاطة . تكون هذه الشروخ بإتجاه الإنحناء الموجود ( بتجاه عمودي مع الصلب ) .
لزيادة الصلابة و مقاومة الإنحناء ، يمكن لصق صفائح كربون البوليمرية (CFRP) باستعمال لاصق الايبوكسي في اماكن التي توجد فيها اجهادات الشد من العنصر المنحني . ونتيجة لذلك ، يجب لصق صفائح البوليمر في منتصف العتبة في الأسفل ، عند الروابط يجب لصق هذه الصفائح في الأعلى . اتجاه هذه الألياف يجب ان تكون متوازية مع اتجاه الصلب ، لأنها تكون أكثر صلابة و مقاومة لاجهادات الإنحناء الموجود . على الرغم من انخفاض سمك ألياف البوليمر ، إلا أنها تتمتع بمعامل المرونة عالية ، مما يزيد من صلابة العتبة أو البلاطة و بالتالي يقلل من إنحناءها .
تدعيم عناصر الإنحناء باستخدام الياف (FRP) مهم جدا . يتم استخدام طريقة التدعيم هذه في مجموعة متنوعة من الهياكل. على سبيل المثال تُستخدم طريقة تدعيم باستخدام FRP بشكل شائع في تدعيم بلاطة الجسور ، عتبات المبنى ، بلاطة المباني
تقوية القص باستخدام ألياف البوليمر (FRP) :
في عتبات الخرسانية ، تلعب الاطواق التي يتم وضعها بشكل عمودي من اتجاه العتبة ، دور توفير قوة القص. كما نعلم ، بسبب مقاومة القص المنخفضة للخرسانة ، تستخدم الأطواق لتوفير قوة قص كافية في العتبات . إذا لم تكن للعتبة مقاومة قص كافية ، تحدث شقوق القص في مناطق التي قوة القص تكون اعلى نسبة ، للدعامات ، بشكل مايل بزاوية 45 درجة حدودا . لتقوية قوة القص للعتبات ، عادة ما تستعمل الياف البوليمرية بشكل مايل أو قائم . كلما صغرت الزاوية بين الألياف في الاتجاه العمودي على شقوق القص ، زاد تأثيرها في زيادة قوة القص للعتبة. يمكن أن تكون صفائح FRP المستخدمة لتدعيم العتبة على شكل حرف U أو تغطي اطراف .
تسليح السطح الخرساني باستخدام تدعيم FRP :
صفائح FRP التي يتم لصقها على سطح الأعضاء الخرسانية لتقوية العضو الخرساني ، عرضة للتأثير بسبب الضربة و الحرارة و النار و الأشعة فوق البنفسجية . لمنع هذه الأضرار ، يمكن استخدام طريقة التسليح السطحي أو طريقة التدعيم NSM .
في هذه الطريقة ، يتم إنشاء تشققات بعمق أقل من سمك الغطاء الخرساني على السطح الخرساني للعضو و من ثم لصق البوليمر (CFRP) أو البوليمر الزجاجي (GFRP) داخل هذه الفجوات. تخلق هذه الطريقة سطحا جيدًا بين GFRP أو CFRP والعضو.
تقوية العتبة باستخدام FRP :
تدعيم العتبات الخرسانية باستخدام FRP لتحقيق أداء المطلوب من خلال زيادة سعة تحميل الانحناء و القص ، وزيادة مقاومة الاهتراء ، وزيادة مقاومة التآكل وحتى الحرارة. يمكن ايضا استخدام مواد FRP لتقوية العتبات الخرسانية التي تضررت حديد تسليحا بسبب الظروف السيئة . بهذه الطريقة ، يتم أيضًا حماية العتبات الخرسانية ، مع زيادة قوة الانحناء والقص ، ضد الظروف البيئية المسببة للتآكل باستخدام FRP . يعد تدعيم عتبات الخرسانية باستخدام FRP طريقة جديدة نسبيًا تستخدم في المشاريع لتحسين الزلزالي . تتميز مواد FRP بخصائص فيزيائية جيدة جدًا ، مثل قوة الشد العالية وسمك منخفض ووزن خفيف. بشكل عام ، تدعيم وتقوية العتبات الخرسانية مع FRP لزيادة أدائها الزلزالي عن طريق زيادة تحمل الانحناء ، قدرة تحمل القص ، زيادة مقاومة التآكل ، زيادة مقاومة الاهتراء وحتى الحرارة. هناك عدة طرق للتغلب على ضعف العتبة ، بما في ذلك طريقة تدعيم العتبة الخرسانية باستخدام FRP بسبب مزاياها العالية جدًا. في الواقع ، إن تدعيم العتبات الخرسانية باستخدام FRP ، حل اقتصادي وفعال لتقوية العتبة الخرسانية ضد اجهادات الانحناء و القص ، بسبب الانخفاض في أسعار FRP ، خاصة في إيران ، أصبح شائعًا جدًا . أثناء تقوية الحزم الخرسانية باستخدام FRP ، تصل المواد وألياف FRP إلى 3 أضعاف قوة شد الحديد في 3-4 أيام. لذلك ، نظرًا لحقيقة أن ألياف FRP لها قوة شد عالية جدًا مقارنة بألواح الصلب ، فإن اتصال FRP بمنطقة الشد الخرسانية في العتبة الخرسانية ستزيد من قدرة الانحناء للعنصر . هناك عوامل عديدة ، تشارك في زيادة قوة الإنحناء للهيكل الخرسانية باستخدام نظام FRP ، مثل أبعاد المقطع العرضي الخرساني ، و المساحة و الخصائص الميكانيكية لحديد التسليح المستعمل ، و FRP المستخدم ، و مقاومة الخرسانة . لذلك ، نظرًا للقيود الموجودة فيما يتعلق بالمطاوعة و معايير استخدام و الاكواد الأخرى ، تعتبر الزيادة في قوة الانحناء للهياكل الخرسانية حتى 40 ٪ مقبولة و موصى بها.
وتجدر الإشارة إلى أنه يمكن أيضًا استخدام مواد FRP لتقوية العتبة التي تضررت حديد صلبها بسبب الظروف البيئية المعاكسة.
تطبيقات FRP في العتبات :
أنواع عتبات الخرسانية التي يمكن تدعيمها باستخدام FRP :
- عتبات خرسانية المسلحة
- عتبات خرسانية سابقة الإجهاد
- عتبات خرسانية مسبقة الصنع
مزايا طريقة تدعيم عتبة الخرسانة FRP :
- زيادة مقاومت الإنحناء للعتبة
- زيادة مقاومت القص للعتبة
- زيادة المطاوعة للعتبة
- زيادة في مقاومة التآكل للعتبة
- زيادة في عمر و بقاء العتبة
- التحكم بعرض الشقوق
- سمك منخفض لصفائح FRP وليس هناك تغيير كبير في أبعاد العتبة
- سهولة التنفيذ
- تكلفة منخفضة مقارنة بالطرق التقليدية الأخرى
- إصلاح التآكل
تنفيذ تدعيم عتبة الخرسانة مع FRP
من أجل استخدام مواد FRP لتقوية العتبة الخرسانية مع FRP ، يجب تحضير سطح الخرسانة وسطح الألياف لتركيب وتنفيذ نظام التدعيم . يتضمن هذا التحضير الخطوات التالية :
تحضير السطح الخرسانة :
لمنع من تقشير صفائح FRP أو المادة اللاصقة أو الراتنج من السطح الخرسانة يجب تحضير هذا السطح بشكل صحيح قبل إعادة الطلاء . و في هذه الصدد ، يجب ازالة جميع التضاريس و مساواة السطح و تنظيفه . عندما يتم لصق الطبقة الرقيقة من FRP على سطح خرسانة الغير مستوية ، اجزاء من FRP الموجودة فوق السطح الغير مستوي ، تميل الى التمدد و بالنتيجة تؤدي الى ضغوط الفصل التي قد تسبب في فقدان الالتصاق بين الخرسانة و الصفيحة .
تحضير سطح FRP :
إذا لم يتم تحضير سطح لوحة FRP بشكل صحيح ، على سبيل المثال ، إذا لم تتم إزالة جزيئات الملوثات و الزيت من سطح FRP ، فقد يحدث فصل الاتصال على سطح شريط FRP بمادة لاصقة.
لاصق FRP :
تتوفر مواد لاصقة FRP قوية جدًا من شركة افزير لتدعيم المبني يمكن استخدامها في اللصق و استخدام الشرائط و الرقائق وألياف FRP . نظرًا بأن الراتنجات والمواد اللاصقة أكثر مقاومة من الخرسانة ، لهذا السبب ، في معظم الحالات ، تحدث آلية الفشل في الخرسانة ونادراً ما تحدث الفشل في الطبقة اللاصقة. فقط إذا استخدمة مادة لاصقة الغير صحيحة أو لم تنفذ بشكل صحيح في نظام FRP ، فهناك احتمال وجود مشاكل في الطبقة اللاصقة . تحدث هذه المشكلة على السطح المشترك للمواد اللاصقة و الألياف FRP أو على السطح المشترك للخرسانة والمواد اللاصقة.
تطبيقات و ميزات تدعيم العتبة الخرسانية باستخدام FRP :
تدعيم العتبة الخرسانية باستخدام FRP في مشاريع ذات الموارد المالية المحدودة
- خفض تكاليف الإنتاج والتصميم والتركيب والتنفيذ لمواد FRP بسبب تقدم المعرفة التقنية و بالتالي عدم الحاجة إلى أبحاث الموثوقية السابقة بسبب الجهل في سلوكها
تحسين العتبة الخرسانية باستخدام FRP في المشاريع ذات القيود التنفيذية
- سهولة نقل مواد FRP إلى الجزء الداخلي من المشروع نظرًا لصغر حجمها و وزنها مقارنة بالطرق التقليدية للتدعيم باستخدام الفولاذ أو الخرسانية.
- تركيب بسيط لمواد FRP بمساعدة اللصق على العتبة
- سهولة القطع بالأحجام المرغوبة
- القدرة على التقوية خارجيا
تدعيم العتبات الخرسانية باستخدام FRP في المشاريع التي يجب تنفيذها بسرعة وكفاءة
- لا حاجة للمعالجة طويلة الأمد وتقليل وقت التنفيذ
- تصل إلى 3 أضعاف قوة الشد للحديد في يوم واحد
تدعيم عتبات الخرسانية باستخدام FRP في المشاريع التي لا تتطلب أي توقف في الخدمة
- استخدم أدوات بسيطة وصغيرة للتطبيق و بالتالي أقل مشاكل في التنفيذ
- لا حاجة لعمليات الورشة الصعبة
- لا حاجة لزرع البراغي و إتلافها ، على عكس الطرق التقليدية لتقوية الفولاذ أو الخرسانة
- لا حاجة للسقالات واسعة النطاق ، على عكس الطرق التقليدية لتقوية الحديد أو الرافعات الخرسانية
- إصلاح وتدعيم العوارض الخرسانية باستخدام FRP في المشاريع التي تتطلب أقل التغييرات المعمارية
أصغر تغيير في الأبعاد و الشكل والوزن في العناصر المدعمة بـ FRP نظرًا لسمكها المنخفض مقارنةً بطرق تقوية السترات الفولاذية أو التقليدية.
تدعيم العتبات الخرسانية التي لديها ضعف الانحناء باستخدام FRP
- زيادة ملحوظة في قدرة الانحناء إذا كانت الألياف تتماشى مع اتجاه العتبة
- الاستفادة من قدرة الشد FRP لتقوية العنصر تحت الانحناء الإيجابي والسلبي عن طريق ربط شرائحFRP بالجانبين العلوي والسفلي من العتبة
تدعيم العتبات التي لديها ضعف في قوة القص باستخدام FRP :
- زيادة ملحوظة في قدرة قص للعتبة إذا كانت الألياف متعامدة أو مائلة نسبة للعتبة
- ضرورة ازالة الزوايا مقطع المربع بمقدار لا يقل عن 30 مم لتجنب تركيز الضغط عليهم
تدعيم العتبة الخرسانية باستخدام FRP لزيلدة مقاومة الموضعي للعتبات المثقبة
- التدعيم باستخدام FRP لتقوية المناطق التي حول ثقوب العتبة
- تدعيم العتبة الخرسانية باستخدام FRP لتوفير سطح مقاوم للتآكل
- مقاومة كبيرة للتآكل من مواد FRP مقارنة بالمواد التقليدية
- تدعيم العتبات ذات الشقوق باستخدام FRP
- زيادة المتانة ومقاومة التآكل عن طريق تقليل عرض الشقوق
تدعيم العتبات الخرسانية باستخدام FRP في المشاريع التي تحتاج إلى مستوى جيد من المقاومة للتآكل ولها عمر خدمة طويل
- لا تكون حاجة لتكرار التدعيم بعد مرور سنوات أو صيانة شديدة للعنصر ، عكس من استخدام السترات الفولاذية أو الخرسانية
- زيادة العمر الإنتاجي للهيكل بسبب حماية الخرسانة والتدعيم ضد الظروف البيئية المدمرة مثل وجود الكبريت والكلور والرطوبة والقلوية والبيئة الحمضية ، إلخ.
- هيكل تالف
استعمال نظام لاحقة الشد للمواد FRP وبالتالي :
- تدعيم الانحناء و القص للعنصر
- تقليل من عرض الشقوق في غطاء الخرساني بستعمال الشد الأولي في صفائح FRP
- حفاظ على الصلب في المستقبل ضد الظروف البيئية المدمرة
- حماية الخرسانة بسبب الصفائح الغير موصلة
تدعيم العتبة الخرسانية باستعمال FRP لعدم تسرب المياه بالعضو
- زيادة العمر الإنتاجي
- تقليل معدل التآكل
تدعيم العتبة الخرسانية باستخىام FRP لتوفير مساحة غير موصلة للكهراباء
- حفاظ على عتبة الخرسانية بسبب عدم موصلية الألياف
تدعيم باستخدام FRP لحصول على عدم الموصلية المغناطيسية
- حفاظ على عتبة الخرسانية بسبب عدم موصلية المغناطيسية
- مثالية للمواقع ذات الوصول المحدود بسبب الحجم الصغير والوزن المنخفض
- لديه نسبة عالية من المقاومة مقارنة بالوزن
- تبلغ حوالي 20٪ من كثافة الفولاذ
تدعيم عتبة الخرسانية باستخدام FRP لحل مشكلة نقص الصلابة ، الإنحناء و الإهتزاز الشديد
- توفير صلابة كبيرة باستخدام الألياف والراتنجات المناسبة
تدعيم العتبات الخرسانية باستخدام FRP في المشاريع التي بها أخطاء في التصميم
- تصميم حديد خرساني غير مناسب
- تصميم خاطء للأطواق
- الانحناء الغير المصرح به للبلاط وسقف الخرسانة المسلحة
تقوية العتبات الخرسانية باستخدام FRP في المشاريع التي بها أخطاء تنفيذية
- انفصال ركام الخرساني
- تعشيش الخرسانة
تدعيم العتبة باستخدام FRP بسبب التغيرات في الاستخدام الهيكلي والجاذبية الإضافية والأحمال الجانبية
تدعيم العتبات الخرسانية باستخدام FRP في مشاريع التعزيز بسبب زيادة عدد طوابق المباني الخرسانية
تدعيم عتبات الخرسانية باستخدام FRP في المشاريع ذات الوصلات الخرسانية الضعيفة