تقویت خمشی تیرهای فولادی با FRP

در سازه های فولادی تیرها عمدتاً به عنوان اعضای خمشی طراحی می شوند تا با تحمل بارهای ثقلی منتقله از کف سازه، نقش خود را به خوبی در انتقال بارها به عناصر محوری نظیر ستون ها ایفا کنند. در صورتی که تیر فولادی بنا به هر دلیلی ظرفیت خمشی کافی برای تحمل بارهای وارده را نداشته باشد و لزوم تقویت آن مطرح گردد، یکی از روش های نوینی که بدین منظور پیش روی مهندسان قرار دارد روش تقویت با FRP می باشد.

 

 

همانند تقویت تیر بتنی، تیر فولادی را نیز می توان با چسباندن FRP به قسمتی از مقطع که تحت کشش قرار می گیرد تقویت نمود. بدین ترتیب می توان با تقویت بال تحتانی تیر فولادی دو سر مفصل مطابق شکل (1) آن را تقویت نمود. همچنین برای تیر های دو سر گیردار و یا تیرهایی که در قابهای چند دهانه استفاده می شوند، می توان با تقویت بال تحتانی بوسیله FRP در میانه طول عضو و نیز بال فوقانی در نواحی نزدیک تکیه گاه، اقدام به تقویت خمشی عضو نمود.

 

 

روش تقویت خمشی تیر فولادی با FRP دارای مزیت های متنوعی نسبت به روش های سنتی مقاوم سازی تیر فولادی دارد. از جمله روش های سنتی در این زمینه می توان به تقویت بال تیر با اضافه کردن روکش فولادی و استفاده از ژاکت بتنی به منظور تقویت تیر فولادی اشاره نمود. دو روش اشاره محدودیت هایی را به لحاظ اجرا به دنبال دارند. جابجایی، حمل و نصب ورق های فولادی به لحاظ وزن سنگین آنها مشکلاتی را به همراه دارد. همچنین شرایط سازه موجود ممکن است به گونه ای باشد که امکان اجرای ژاکت بتنی اساساً فراهم نباشد یا به سهولت میسر نباشد. ضمن آن که خود ژاکت بتنی دارای وزن قابل توجهی است که منجر به وارد آمدن بار جدیدی به عضو می گردد. همچنین، در مواردی که عضو فولادی در معرض عوامل مخرب محیطی قرار دارد و بحث خوردگی برای آن مطرح است، اضافه کردن روکش فولادی دیگر یا استفاده از ژاکت بتنی معضل خوردگی را رفع نمی کند.

 

در طرف مقابل، در روش تقویت تیر فولادی با FRP، مشکلات اجرایی به دلیل وزن بسیار کم FRP به حداقل می رسد. FRP با وجود سبک بودن، نسبت مقاومت به وزن بالایی دارد، به راحتی جابجا می شود و در سطح عضو به سهولت نصب می گردد. همچنین انعطاف پذیری بالای FRP، دسترسی نامحدودی در شکل و ابعاد را در اختیار قرار می دهد. همچنین با توجه به نوع الیاف پلیمری بکار رفته در FRP، مقطع عضو جدید به لحاظ خوردگی نیز ایمن می گردد.

 

 

FRP چسبیده شده نه تنها ظرفیت حمل بار بلکه سختی تیر را نیز افزایش می دهد. به این صورت که با تغییر محل تار خنثی مقطع و اضافه شدن ترم جدیدی بدلیل حضور FRP به ممان اینرسی مقطع، اساس مقطع و به دنبال آن ظرفیت خمشی تیر افزایش خواهد شد. در این روش تقویت، اثربخشی FRP در بهبود عملکرد تیر بویژه زمانی که از الیافی با مدول الاستیسیته بالاتری (مانند CFRP) استفاده شود به مراتب بیشتر خواهد بود.

 

استفاده از این روش در تقویت تیر فولادی به مهاربندی بال تیر نیز کمک می کند و وقوع کمانش موضعی را برای آن به تاخیر می اندازد یا به کلی مانع از آن می شود. اگرچه در تقویت خمشی تیرهای فولادی با FRP قسمت کششی مقطع و به عبارتی بال کششی مقطع تقویت می شود و اساساً بحث رخداد کمانش موضعی تنها برای قسمت های مطرح است اما به هنگام وقوع زلزله و تغییر جهت لنگرها، بال تقویت شده تحت تنش های فشاری قرار می گیرد.

به منظور دستیابی به بهترین عملکرد برای تیر تقویت شده با FRP لازم است مواردی در حین نصب و اجرای FRP مد نظر قرار گیرد. از آن جمله می توان به آماده سازی سطح عضو فولادی و FRP پیش از شروع عملیات نصب اشاره نمود. بدین منظور سطح عضو فولادی و نیز سطح FRP می بایست فاقد هر گونه ذرات آلودگی و لکه باشد تا احتمال جدا شدن از چسب به حداقل برسد. تکته مهم دیگری در حین عملیات نصب FRP می بایست مورد توجه قرار گیرد جهت الیاف FRP می باشد. با توجه به آن که عضو فولادی تحت خمش قرار می گیرد و با توجه به راستای تنش های کششی و فشاری ناشی از بارگذاری، الیاف FRP می بایست در راستای طول تیر قرار گیرند.