اعضای یک ساختمان به دلایل مختلف پس مدتی قادر نیستند که قابلیت ارائه خدمت خود را حفظ کنند. به همین دلیل استفاده از روش های مقاوم سازی، نگهداری و ترمیم حائز اهمیت است. امروزه با ورود مصالح جدید در صنعت ساختمان نیازهای متنوعی برای ابداع روش های نگهداری و مستحکم سازی سازه ها احساس شد، برای مثال در ساختمان های بتنی با از بین رفتن روکش بتن و زنگ زدگی فولاد در محیط های خورنده جهت رفع مشکل مجبور به افزایش ابعاد مقطع و افزودن فولاد اضافه به آن شدند که منجر به معرفی روشی به نام ژاکت بتنی شد. با توجه به شرایط معماری گاها افزایش مقطع ممکن نبوده لذا از فولاد که مشخصات مکانیکی بالاتری از بتن دارد برای ژاکت کردن عضو استفاده می شود. ولی همچنان مشکلات عدیده ای از جمله مساله خوردگی فولاد و دشواری حمل و نصب این ژاکت ها و … باعث شد نیاز برای روش جدیدتر رفع نشود، لذا محققین با شناخت از مصالح جدیدتر که علاوه بر دارا بودن خاصیت مکانیکی برتر نسبت به فولاد، دارای مقاومت مناسبتر در برابر شرایط جوی هستند، روش های مدرن امروزی را پیشنهاد دادند.
به طور کلی در سازه ها به دو دلیل نیاز به مقاوم سازی وجود دارد:
- خطاهای انسانی (اشتباهات مهندسی)،شامل:
- خطاهای طراحی
- مشکلات اجرایی
- به روز نبودن آیین نامه ها
- خطاهای غیرانسانی،شامل:
- مغایرت مشخصات مصالح استفاده شده با مقادیر فرض شده
- افزایش بار روی ساختمان
- تغییر کاربری ساختمان
- نصب تجهیزات
- حوادث غیرمترقبه
- تغییر در عضو سازه ای( حذف ستون یا بادبند)
یکی از پرکاربردترین روش های مقاوم سازی که در حال حاضر استفاده می شود روش “FRP” است، در این مقاله به طور مختصر به معرفی این روش،مشخصات مصالح به کار رفته و نحوه اجرا جهت مقاوم سازی سازه ها پرداخته می شود.
مقاوم سازی ساختمان ها با روش FRP:
معرفی FRP)fiber reinforced polymer)
محصولات FRP که از ترکیب الیاف با پلیمر (پلیمرهای مسلح شده با الیاف) ساخته شده اند به دلیل نسبت بالای مقاومت و سختی نسبت به وزن، وزن کم (چگالی حدوداً 20% فولاد)، مقاومت کششی زیاد، مقاومت زیاد در برابر خوردگی، امکان مقاوم سازی به صورت خارجی، حمل و نقل سریع و آسان و سرعت اجرای بالا به دلیل وزن کم، تولید حجیم و سریع، اقتصادی بودن و عدم نیاز به نگهداری و ترمیم مجدد بعد از دوره ی خاص، در حال حاضر بهترین گزینه در مقاوم سازی سازه های بتنی، پل ها، سازه های بنایی، ساختمان ها (مسکونی،تجاری)، سیلوها،خطوط لوله، نیروگاه ها، پایه پل ها و … می باشند.
اجزاء تشکیل دهنده FRP:
FRP از ترکیب الیاف های صنعتی مانند الیاف کربن، شیشه، آرامید، بازالت و پلیمرهایی چون رزین اپوکسی، ونیل استر، پلی استر تشکیل می شود. برای اطمینان از کیفیت سیستم FRP در پروژه های مقاوم سازی فقط از الیاف کربن به همراه رزین اپوکسی استفاده می شود.
انواع محصولات FRP:
- تسمه FRP
- ورق FRP
- پارچه های FRP
تسمه: ورقه هایی با ضخامت چند میلی متر از جنس FRP که با چسب های محکم و مناسب به سطح بتن چسبانده می شوند. از تسمه ها جهت تقویت سازه های آسیب دیده( در برابر زلزله یا خوردگی در آب های یون دار) یا غیر مقاوم استفاده می شود. تسمه ها شکل پذیر نمی باشند و در ضخامت و عرض های مختلف هستند.
پارچه ها: شکل پذیرند و به هر شکلی در می آیند و می توانند دارای الیاف در یک یا دو جهت باشند.
2-کابل، نوار و تاندون های پیش تنیدگی
محصولاتی شبیه میله های FRP ولی انعطاف پذیر که در سازه های کابلی و بتن پیش تنیده در محیط های دریایی و خورنده کاربرد دارند.
3-میلگردهای FRP
دارای رفتار الاستیک خطی می باشند و به همین دلیل موارد استفاده محدود به سازه هایی می شود که مهم ترین مشکل آن ها خوردگی یا خاصیت الکترومغناطیسی فولاد می باشد و همچنین دارای رفتار ناهمسانگرد هستند که این رفتار در مقاومت برشی و رفتار چسبندگی میلگردهای FRP بتن تأثیر می گذارد.
میلگردهای FRP بیشتر از اینکه در پروژه های مقاوم سازی استفاده شوند در ساخت ساختمان های بتنی مورد استفاده قرار می گیرند.
کامپوزیت های الیاف کربن CFRP:
از کامپوزیت های الیاف کربن CFRP می توان در تقویت ستون ها، تیرهای بتنی، مقاوم سازی دال های بتنی، اتصالات بتنی، دیوارهای برشی بتنی، دیوارهای آجری، پایه و عرشه پل های بتنی و… استفاده نمود.
تکنیک مقاوم سازی ستون های مسلح بتنی با استفاده از مصالح FRP قابلیت این را دارد که محصور شدگی را به صورت پیوسته برای تمام مقطع عرضی ستون تأمین کند.
در تیرها و دال های بتنی مقاوم سازی شده با کامپوزیت الیاف کربن CFRP الیاف تحت کشش قرار گرفته و منجر به افزایش مقاومت مقطع می شوند.
استفاده از CFRP در اتصالات بتنی، شکل پذیری اتصال را افزایش می دهد، همچنین در دیوارهای بنایی شکل پذیری دیوارها را افزایش می دهد و آن ها را در برابر واژگونی مهار می نماید.
ترمیم بتن:
یکی از مراحل قبل از مقاوم سازی با FRP ترمیم بتن است. ترمیم به معنای هرگونه جایگزینی، بازسازی یا نوسازی موضعی سازه های بتنی می باشد.
از عوامل اصلی تشکیل یک سیستم مقاوم سازی توانمند با الیاف FRP، داشتن سطح مسطح و مستحکم بتن است.
ملات ترمیمی بتن، پوششی است که خرابی های سطحی عضو بتنی را ترمیم می کند و 2 نوع است:
1-ملات های ترمیمی پایه سیمانی: جهت پر کردن حفره های بتن کرمو و تسطیح سطح بتن، زیرسازی کف و دیوار جهت آماده سازی برای نصب قطعات نما و عایق سازی سطح بتن به کار می روند.
2–ملات های ترمیمی پایه اپوکسی: جهت آب بندی سطح بتن، چسباندن بتن جدید به مقاطع بتن قدیمی، اتصال بتن به مقاطع فلزی، ایجاد پوشش محافظ در سازه های دریایی، پر کردن حفره ها و شکاف های بین اجزای بتن و کاشت میلگرد در بتن و سنگ به کار می روند.
مقاوم سازی ستون ها:
ستون یک عضو بسیار مهم در سازه است به طوری که اگر هرگونه اتفاقی برای آن بیافتد سازه ناپایدار خواهد شد. از این روست که مقاوم سازی ستون ساختمان در اولویت مقاوم سازی ساختمان قرار می گیرد. مقاوم سازی ستون به روش های متنوعی انجام می شود. برای مثال می توان مقاومت ستون را به روش مقاوم سازی با ژاکت بتنی، مقاوم سازی با ژاکت فولادی، مقاوم سازی به روش محصورسازی با الیاف FRP افزایش داد. مقاوم سازی با ژاکت بتنی و مقاوم سازی با ژاکت فولادی روش های سنتی و مرسوم برای مقاوم سازی ستون می باشند و مقاوم سازی ستون با FRP روش نوینی برای مقاوم سازی ستون است که در سال های اخیر مورد توجه زیادی قرار گرفته است. به دلیل از دست رفتن ظرفیت ستون بر اثرخوردگی و افزایش بار زنده و مرده وارد بر سازه معمولاً در طبقه نرم به علت افزایش ارتفاع طبقه، سختی جانبی کمتری داریم و این امر باعث افزایش تغییر مکان زلزله در این طبقه و در نهایت فرو ریختن طبقه می شود. ستون های کوتاه نیز هنگام زلزله دچار خسارت می شوند که این امر اهمیت مقاوم سازی ستون را دوچندان می کند. از کاربردهای رایج مصالح FRP در مقاوم سازی ستون ها می باشد که به علت سهولت در اجرا و همچنین از لحاظ اقتصاد طرح بهترین گزینه است.
دورپیچ کردن ستونها با FRP آن عضو را محصور کرده و باعث افزایش مقاومت فشاری ستون می گردد. در این روش با محصور کردم ستون شکل پذیری عضو تحت اثر نیروهای محوری و لنگرهای خمشی افزایش می یا بد.
در ستون بتنی با کمک از الیاف FRP همچنین ظرفیت برشی ستون افزایش یافته حالت گسیختگی آن از حالت برش به حالت خمشی تغییر شکل یافته و باعث افزایش شکل پذیری آن به میزان زیادی خواهد شد.
همچنین دورپیچ کردن ستونها با FRP مقاومت فشاری ستون را افزایش داده و باعث تقویت ستون می شود.
محصور ساختن عضو بتنی باعث می شود تا با افزایش نیروی محوری بر ستون و افزایش کرنش محوری، در مقطع کرنش های عرضی ایجاد شود، در مقاوم سازی ستون ها با FRP محصور نمودن ستون با FRP از افزایش کرنش عرضی جلوگیری کرده و تنش های جانبی در ستون ایجاد می شود و به این ترتیب نیروی بیشتری توسط ستون تحمل می شود.
