مقاوم سازی بازشو های ساختمان بتنی با FRP

مقاوم سازی بازشو ها در ساختمان های بتنی  از جمله بحث هایی است که در سال های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در ابتدا مقاوم سازی با استفاده از ورق ها و اجزای فولادی صورت می گرفت ولی به تدریج استفاده از الیاف FRP از اواخر دهه 80 میلادی شروع شد. از آن جایی که مقاوم سازی بازشو ها در ساختمان های بتنی با الیاف FRP پدیده ای نو و تازه در مقاوم سازی ساختمان است، لازم است این کار با دقت بسیار بالا انجام شود تا کیفیت و رف6تار مطلوب در زمان بهره برداری از ساختمان حاصل شود.

مقاوم سازی بازشو های دال بتنی با FRP

مزایای زیاد دال های بتن آرمه سبب کاربرد وسیع و بسیار زیاد این نوع از المان ها شده است. در این بین بنا به دلایلی نظیر تغییر کاربری، محدودیت های معماری، عبور لوله های تاسیساتی و غیره از بازشو در سطح دال استفاده می شود. وجود بازشو در یک دال دو طرفه ممکن است مسائلی را در ارتباط با ظرفیت خمشی اجزای دال، کنترل خیز و نیز کنترل برش در دال ایجاد کند.
آیین نامه های بتن وجود بازشو با هر اندازه را در یک دال دو طرفه مجاز می داند مشروط بر این که با یک تحلیل مناسب نشان داده شود که مقاومت طراحی معادل حداقل مقاومت مورد نیاز بوده، و تمام شرایط بهره برداری و ازجمله محدودیت های مربوط به خیز کنترل می شوند.
بازشوها نه تنها سختی و مقاومت دال را کاهش می دهند بلکه ممکن است مودهای گسیختگی را نیز تغییر دهند. میزان تاثیر بازشو بر رفتار سازه ای دال به شکل، اندازه و محل قرارگیری آن در دال بستگی دارد. در مورد بازشوهایی که پس از ساخت در دال ایجاد می شوند، موضوعاتی وجود دارد که باید مورد بررسی قرار گیرد. اول، چنین بازشوهایی ممکن است مسیر اصلی انتقال بار را از بین ببرند و مسیر ثانویه نیز در اغلب موارد ناکافی است. دوم، مقاومت خمشی دال های با بازشو با لنگر های ایجاد شده به علت بارهای داخلی متفاوت است. مقاوم سازی چنین دال هایی به تبع مشکل تر است.
خوش بختانه تکنیک مقاوم سازی با FRP راهی برای افزایش مقاومت خمشی و ساخت مسیر انتقال بار مورد نظر را در اختیار ما می گذارد.

ویژگی های ممتازی چون نسبت بالای مقاومت به وزن، دوام در برابر خوردگی، سرعت و سهولت در حمل و نصب باعث شده است که استفاده از مصالح FRP به سرعت گسترش یابد.

الگوهای مختلف مقاوم سازی

به منظور حصول طرح بهینه برای مقاوم سازی بازشو ها، از سه نوع مختلف چینش الیاف می توان استفاده کرد. نحوه قرار گیری الیاف در شکل زیر نشان داده شده است.

طبق نتیجه آزمایشات و مدل سازی های صورت گرفته و مقایسه نمودار بار- تغییر مکان نمونه ها مشخص شده است که مقاوم سازی با صفحات CFRP سختی خمشی دال ها را افزایش داده و باعث بهبود در مقاومت دال می گردند. در میان نمونه های مقاوم سازی شده نمونه های O و P به ترتیب بیشترین و کمترین مقادیر ظرفیت باربری را از خود نشان می دهند. در بین نمونه ها کمترین میزان ظرفیت تغییر شکل متعلق به نمونه M است. هم چنین بیشترین انرژی جذب شده و شکل پذیری متعلق به الگوی مقاوم سازی O بود.
با مقایسه تمامی نسبت ها برای تمامی الگوها می توان گفت الگوی O بهترین عملکرد را از خود نشان می دهد. دلیل این امر هم قرار گرتن الیاف FRP عمود بر جهت ترک ها می باشد؛ زیرا ترک ها از گوشه ی بازشو ، جایی که تمرکز تنش بیشترین مقدار را دارد شروع شده و به تدریج کل دال را در بر می گیرند. همین مورد باعث می شود الیاف FRP بهترین کارایی را از خود نشان داده و از این مصالح به صورت بهینه استفاده شود.

بیشتر بدانید:

• معرفی کامپوزیت های FRP 
• انواع الیاف FRP
• مقاوم سازی دال بتنی

بررسی تاثیر جنس صفحات مقاوم سازی بر رفتار دال با بازشو

در مقاوم سازی سازه ها معمولا از الیاف GFRP به دلیل کرنش بالا درهنگام گسیختگی جهت تقویت برشی استفاده میشود. در مقابل، الیاف CFRP به دلیل مقاومت کششی بالا جهت تقویت خمشی مورد استفاده قرار می گیرند.
اما بنابر نتایج آزمایشات و مدل سازی ها بهترین عملکرد در بین مصالح را الیاف آرامیدی AFRP دارند.

بررسی تاثیر مساحت عناصر مقاوم کننده بر رفتار دال

به طور کلی با افزایش نسبت مساحت الیاف مقاوم سازی ، بر ظرفیت باربری دال با بازشو افزوده می شود. با افزایش مساحت عناصر مقاوم کننده، ظرفیت تغییرمکان دال کاهش یافته و به سمت یک کرانه حداقل میل  می کند. حداقل کرانه برای تغییر مکان دال مقاوم سازی شده را می توان 0.0055 متر عنوان کرد.

هم چنین با افزایش مساحت عناصر مقاوم کننده، به طور کلی از انرژی جذب شده دال کاسته میشود و پس از نسبت مساحت الیاف به مساحت بازشو برابر با 2، با افزایش مساحت الیاف، انرژی جذب شده سیری نسبتا صعودی طی خواهد کرد.

مقاوم سازی بازشوهای دیوار بتنی با FRP

دیوارهای برشی بتن آرمه اعضایی هستند که بعلت سختی زیاد، ظرفیت باربری بالا و قابلیت شکل پذیری فراوان به عنوان عضو اصلی باربر جانبی در برابر بارهای زلزله طراحی و ساخته می شوند.
در اثر گذشت زمان و تغییر آیین نامه های طراحی، عدم اجرای صحیح، عدم حصول به مقاومت های مورد نظر در بتن و یا ایجاد تغییراتی پیش بینی نشده در هندسه دیوار مانند ایجاد بازشو، برخی دیوارهای برشی موجود معیارهای طراحی آیین نامه های جدید را برآورده نمی کنند. در این موارد بدیهی است که تقویت، بهسازی لرزه ای و مقاوم سازی این دیوارها جزو دغدغه های طراحان می باشد.
تحقیقات انجام شده در بهسازی لرزه ای دیوارهای برش بتن مسلح با FRP با توجه به مزایای بسیار زیاد و متعدد این مصالح در بهسازی لرزه ای سازه ها از جمله مدول الاستیسیته بسیار بالا به نسبت فولاد، مقاومت کششی بسیار زیاد در راستای طولی الیاف، وزن بسیار کم، دوام بالا و قابلیت اجرای ساده به هنگام استفاده از سازه و نیز قابلیت استفاده در تیر ،
ستون و دیوار برشی باعث استفاده گسترده از این مصالح به اشکال گوناگون و با استفاده از جنس الیاف متفاوت در بهسازی لرزه ای دیوارها شده است.
یکی از معایب بسیار مهم استفاده از مصالح FRP وقوع پدیده جداشدگی است. بزرگترین مشکل این است که هنوز روش های دقیقی برای جلوگیری از جداشدگی به علل مختلف آن، توسعه نیافته است.
با توجه به دو مود محتمل پارگی FRP و جدا شدگی آن در برش نحوه قرار گیری به صورت مورب و در جهت ترک های برشی پیشنهاد شده است.
تعبیه بازشو در دیوار به طور واضحی بر مشخصات دیوار همچون مکانیزم انتقال بار، کاهش مقاومت و سختی و کاهش سطح شکل پذیری تأثیر می گذارد. شکل و محل بازشو نه تنها در ظرفیت باربری جانبی بلکه در نحوه ایجاد ترک در دیوار نیز تأثیر داشته و شرایط تقویت و بهسازی لرزه ای را تحت تأثیر قرار خواهد داد. نتایج آزمایش بر روی دیوارها بدین شرح است که در یک دیوار با ابعاد 1000*1500 میلی متر در حالتی که مساحت بازشو 6 % سطح دیوار باشد درصد کاهش باربری 23 % و در حالتی که مساحت بازشو 33 % سطح بازشو باشد 67 % کاهش در باربری جانبی رخ خواهد داد.

با توجه به هندسه هر دیوار و شرایط آرماتورگذاری الگوهای ایجاد و گسترش ترک متفاوت خواهد بود. تقویت باید بر اساس آن الگوها و در محل های مورد نیاز انجام شود. هم چنین به علت احتمال زیاد وقوع پدیده جداشدگی لزوما استفاده از تعداد لایه های بیشتر در تقویت، نمی تواند کارساز باشد. در مقاوم سازی دیوارهای برشی بیشتر از الیاف CFRP استفاده می شود که بهبودی معادل 52% تا 155%  روی بازیابی خصوصیات دیوار ضعیف شده به علت ایجاد بازشو داشته است.

الیاف آرامید AFRP

اطلاعات بیشتر

 مقاوم سازی دیوار بتنی

 مقاوم سازی اتصالات بتنی

مقاوم سازی دال بتنی

تقویت سازه‌ها با FRP

 مقاوم سازی سازه های بتنی

 مقاوم‌سازی سازه‌های بتنی تخریب شده در زلزله