امروزه تقویت سازه ها یکی از شاخه های مهم در مهندسی عمران است. در بخش های مختلف سازه یک ساختمان قسمت های مختلفی وجود دارند که هنوز عمر مفید خود را به پایان نرسانده اند و یا ممکن است به دلایلی مقاومت آن ها در برابر بارهای طراحی کمتر از مورد نظر است باشد؛ یا سازه هایی هستند که باری بیش از بار طراحی به آن ها وارد می شود و یا اشتباه دیگری در حین اجرای آن ها رخ داده است که باعث ضعف سازه شده است. لذا این قبیل سازه ها نیاز به ترمیم و مقاوم سازی دارند.
برای نمونه ، یکی از معمو لترین تکنیک ها برای بهسازی اجزا بتن آرمه استفاده از ورق های فولادی است که از بیرون به این اجزا چسبانده می شود. این روش، روشی ساده، مقرون به صرفه و کاراست اما از این جهات مسئله ساز است : 1- زوال چسبندگی بین بتن و فولاد که از خوردگی فولاد ناشی می شود؛ 2-مشکلات ساخت صفحات فولادی سنگین در کارگاه ساختمان 3- نیاز به نصب داربست 4- محدودیت طول در انتقال صفحات فولادی به کارگاه ساخت (درمورد مقاومسازی خمشی در اجزای بلند)؛ بنابراین نوارها یا صفحات می توانند جایگزینی برای صفحات فولادی باشند.
مقاوم سازی سازه های بتنی با پلیمر الیاف مصنوعی (FRP) موضوعی مرسوم است که توجه محققان بسیاری را برای دو دهه اخیر به خود جلب کرده است. مقاومت مشخصه بالا، سختی، مقاومت در برابر شرایط محیطی و راحتی کاربری مواد مرکب های FRP را به شدت برای مقاوم سازی و ترمیم اجزا سازه ی بتن آرمه مطلوب کرده است.
مواد FRP بر خلاف فولاد، تحت تاثیر زوال الکتروشیمیایی قرار نمیگیرند و می توانند در مقابل خوردگی اسیدها ، بازها و نمک ها و مواد مهاجم مشابه در دامنه ی وسیعی از دما مقاومت کنند. در نتیجه نیاز به سیستم حفاظت از خوردگی نمی باشد و آماده کردن سطوح اعضا قبل از چسباندن صفحات FRP و نگهداری از آن ها بعد از نصب، از صفحات فولادی آسان تر است. علاوه بر این، الیاف مسلح کننده در FRP می توانند در موضع معین و در نسبت حجمی و جهت خاصی درون ماتریس قرار گیرند تا بیشترین کارایی به دست آید. مواد حاصله تنها با درصدی از وزن فولاد، مقاومت و سختی بالایی در جهت الیاف دارند. آنها همچنین حمل و نقل آسان تری داشته، نیاز به داربست کمتری برای نصب می باشند و می توانند برای مکان هایی که دارای دسترسی محدود هستند، مورد استفاده قرار گیرند و پس از نصب ، بار اضافی قابل توجهی را به سازه تحمیل نمی کنند.
تیرهای تقویت شده با CFRP
1-1 مشخصات تیرهای آزمایشگاهی
این پروژه ای تجربی و آزمایشگاهی بوده که در آن 7 نمونه تیر بتنی به ابعاد 1500*200*150mm است. در نمونه ها از میلگرد آجدار AIII در قطر 12mm به تعداد دو عدد در وجه پایین تیر و برای خاموت ها از میلگرد آجدار از میلگرد AII با قطر 6mm در فواصل 250mm استفاده شده است.
1-2 مشخصات مصالح مصرفی در ساخت نمونه ها
مصالح، پس از انجام آزمایش های لازم به منظور کنترل کیفیت و تعیین مشخصات آن ها طبق مشخصات ASTMC33 مورداستفاده قرار گرفت. به عنوان مثال، جدول زیر مشخصات دانه بندی نمونه ها برای 1200 گرم ماسه را نشان داده که درنهایت به عدد 3/3 برای مدول نرمی منجر گردید.
1-3 الگوهای مختلف تقویت برشی تیر بتن آرمه با ورق CFRP
نحوه گروه بندی نمونه های مورد آزمایش به شرح زیر می باشد:
B0: نمونه شاهد است که بدون هیچ گونه تقویت آزمایش می گردد.
B1: نمونه ای است که فقط با یک لایه CFRP در دو طرف تیر با فواصل 10 سانتیمتر از هم در وجه کناری تقویت شده است.
B2: نمونه ای است که فقط دو طرف تیر به طور کامل با CFRP تقویت شده است.
B3: نمونه ای است که به صورت مورب 45 درجه با یک لایه CFRP تقویت شده است.
B4: نمونه ای است که با یک لایه CFRP در دو طرف تیر با فواصل 10 سانتیمتر از هم در وجه کناری و زیرین تقویت شده است.
B5: نمونه ای است که دو طرف و زیر تیر به طور کامل با CFRP تقویت شده است.
B6: نمونه ای است که فقط با یک لایه CFRP در دو طرف و زیر تیر با فواصل 20 سانتیمتر از هم در وجه کناری تقویت شده است.
1-4 نحوه انجام آزمایش نمونه ها
همه تیرهای این آزمایش به صورت دو سر مفصل و تحت بارگذاری خمشی چهار نقطه ای قرار گرفتند. بارگذاری به صورت کنترل تغییر نیرو وسط دهانه با نرخ 10 کیلوگرم در ثانیه اعمال شده و نمودار بار- تغییر مکان به وسیله دستگاه جک 25 تنی ثبت می گردد. شکل 2 نمای دستگاه بارگذاری و نحوه بارگذاری را نشان می دهد.
1-5 مقایسه و استخراج نتایج حاصل از آزمایش
در جدول زیرخلاصه ای از مقادیر مقاومت ها و تغییر مکان ها نمایش ارائه گردیده و مقایسه ای بین آن ها انجام گرفته است
| تیر | تغییر مکان نمونه (mm) | مقاومت نهایی (Kg) | مقاومت نهایی تئوری (Kg) | درصد افزایش مقاومت نهایی نسبت به حالت تقویت نشده | نحوه شکست |
| B0 | 22 | 4316 | 4800 | – | برشی |
| B1 | 10.9 | 5400 | 5100 | 25 | خمشی |
| B2 | 19.66 | 6926 | 5100 | 60 | برشی |
| B3 | 14.8 | 5370 | 5100 | 24 | خمشی-برشی |
| B4 | 13.5 | 5125 | 5100 | 18 | خمشی-برشی |
| B5 | 13.5 | 7150 | 5100 | 65 | برشی |
| B6 | 17 | 5329 | 5100 | 23 | خمشی |
10 نتیجه گیری
در این تحقیق نمونه های تیر بتنی، تحت آزمایش بارگذاری خمشی چهار نقطه ای قرار گرفتند که از بین این تیرها 6 نمونه با الیاف CFRP تقویت و تیر شاهد بدون تقویت،بارگذاری شدند. با توجه به آزمایش های انجام گرفته و نیز انجام عملیات تیرها، مشخص گردید که روش جدید ارائه شده در این آزمایش ها، روشی کاربردی و منجر به افزایش ظرفیت مقطع می شود.
از امتیازات روش ارائه شده در این تحقیق عدم نیاز به عملیات گسترده جهت آماده سازی سطح و سرعت در اجرای آن و استفاده از ظرفیت حداکثر برشی مقطع هست. لازم به ذکر است عملیات آماده سازی سطح درروش هایی مثل روش شیارزنی، در زیر تیرها جهت تقویت برشی بسیار مشکل و حتی بدون وجود ماشین آلات خاص غیرممکن هست.
در حین آزمایش در یکی از روشهای تقویت شده مشاهده گردید، ظرفیت باربری تیر در مقایسه با روشهای دیگر با تیرهای تقویت شده در برش و بدون تقویت به میزان 12 % تا 65 % افزایش یافته است. بنابراین می توان گفت این رو تقویت، روشی جدید در جهت بهینه تر کردن تقویت در تیرهای بتنی مسلح می باشد. از امتیازات روش ارائه شده در این تحقیق عدم نیاز به عملیات گسترده جهت آماده سازی سطح و سرعت در اجرای آن و استفاده از ظرفیت حداکثر برشی مقطع می باشد.لازم به ذکر است عملیات آماده سازی سطح در روشهایی مثل روش شیارزنی، در زیر تیرها جهت تقویت برشی بسیار مشکل و حتی بدون وجود ماشین آلات خاص غیر ممکن می باشد.
