مقاوم سازی سقف با FRP و مزایای آن

مقاوم سازی سقف با FRP

پلیمرهای تقویت شده با الیاف (FRP) در زمینه مهندسی ساختمان بسیار کاربردی می باشند. این پلیمرها معمولاً برای افزایش ظرفیت باربری عناصر مختلف بتن مسلح مانند دال ها، تیرها و ستون ها استفاده می شوند. در حال حاضر از روش ها و تکنیک های مختلفی برای مقاوم سازی سقف بتنی استفاده می شود. اما باید توجه نمود که انتخاب روش مقاوم سازی مناسب به عوامل متعددی از جمله موارد زیر بستگی دارد:

• نوع آسیب وارد شده به سقف
• هزینه روش پیشنهادی برای مقاوم سازی سقف
• شرایط جوی و محیطی که المان بتنی در آن واقع شده
• در دسترس بودن فناوری و تکنولوژی مقاوم سازی سقف

دال های بتن آرمه عناصری هستند که با قرار گرفتن در معرض خوردگی میلگرد، دارای مقاومت کمی در برابر خمش می باشد. ترک های به وجود آمده در دال‌ها به دلیل وجود بار زیاد به وجود می آیند و در زمان تغییر کاربری ساختمان ایجاد می شوند. این ترک‌ها به دلیل وجود مواد شیمیایی در اطراف بتن و نفوذ آب در دالها به وجود می آید. همچنین ممکن است این ترک‍ها به دلیل وجود مشکلات دیگری مانند انقباض بتن در برخی از مناطق که دارای آب و هوای مناسبی نمی باشد، اتفاق بیفتد.
مقاوم سازی سقف یک گزینه بسیار مناسب برای افزایش ایمنی ساختمان است. به طوری که علاوه بر محافظت از ساختمان شما باعث افزایش طول عمر آن نیز خواهد شد. یکی از مهم ترین کاربردهای تقویت کننده‌ FRP، مقاوم سازی سقف و دیگر عناصر اصلی سازه های بتنی و فولادی است که می تواند کمبودهای موجود در ساختار را بهبود دهد.

کاربرد های مقاوم سازی سقف با FRP

 FRP در مقاوم سازی و بهسازی انواع سازه های بتنی از جمله موارد زیر به کار می رود:

• سقف منازل مسکونی
• ساختمان های اداری
• ساختمان های تجاری
• ساختمان های صنعتی
• منابع آب
• سایر سازه‌های کاربردی

سیستم مقاوم سازی با پلیمرهای تقویت شده با الیاف (FRP)، به دلیل وزن کم، سرعت اجرا بالا، مقاومت بسیار زیاد، سهولت استفاده و مزایای بسیار زیاد دیگر به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. وجود مزایای بسیار زیاد این  روش مقاوم سازی ساختمان‌های بتنی و فولادی، سبب شده تا از این راهکار نوین برای تعمیر و مقاوم سازی سازه‌های مختلف  استفاده می شود. به کمک مقاوم سازی سقف با FRP می توان انواع سقف ها و دال ها را تقویت کرد. همچنین با استفاده از الیاف FRP و لمینت می توان سقف های کامپوزیت، کف های طاق آجری خشن، دال تیرچه بلوک و دال کرومیت را مقاوم تر کرد. علاوه بر این، FRP در تقویت ستون‌های بتن آرمه، تیرها، دیوار برشی‌ها و.دیگر عناصر تشکیل دهنده ساختار اصلی سازه، کارآماد است. مقاوم سازی سقف با FRP حتما باید توسط افراد متخصص و با تجربه انجام شود، تا نتیجه کار همان چیزی باشد که شما انتظارش را دارید.

کامپوزیت‌های FRP سال‌ها است که برای مصارف مقاوم سازی لرزه‌ای در سازه های بنایی و بتنی مورد استفاده قرار می گیرند. همچنین FRP برای اهداف بازسازی عمومی در سازه ها استفاده می شود. به عنوان مثال می توان به تعمیر و تقویت ستون‌ها یا تیرها با استفاده از پارچه FRP و یا با قرار دادن لمینت FRP در طرفین یا زیر تیرها اشاره کرد.
پلیمرهای تقویت با فیبر کربن یا شیشه در تعمیر و استحکام دال‌ها و عرشه‌ها به طور بسیار گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین می توان از FRP برای افزایش ظرفیت بار زنده دال یا بازیابی ظرفیت اولیه آن که در اثر خوردگی فولاد کاهش یافته است، استفاده کرد.

بسته به شرایط پروژه، می توان با اعمال FRP در قسمت بالا یا پایین دال، استحکام آن قسمت را زیادتر نمود. همچنین از این روش مقاوم سازی می توانید برای افزایش ظرفیت برشی پانچ دال ها در اطراف ستون ها استفاده نمایید. یکی دیگر از کاربردهای رایج FRP تقویت نواحی اطراف دهانه‌ای مانند راه پله ها می باشد که ممکن است مجبور به برش در قسمت دال شوند. ورقه های نازک FRP را می توان برای تقویت دال استفاده کرد. این مواد ظرف یک روز عمل‌آوری می شوند و به استحکام کششی سه برابر فولاد می رسند.

چرا ساختمان ها را مقاوم سازی می کنیم؟

دلایل زیادی برای مقاوم سازی ساختمان ها و استفاده از روش مقاوم سازی سقف باFRP وجود دارد که در زیر به برخی از آن ها اشاره شده است:

• افزایش بار اعمال شده
• خطا یا طراحی ناامن
• فولاد خورده شده یا تعداد ناکافی میله
• ترک خوردگی بتن یا تنش زیر ولتاژ طراحی
• در صورتی که نشست پی از حد مجاز فراتر رفته باشد.

مقاله ” چگونه ساختمان خود را با FRP مقاوم سازی کنیم ؟ ” اطلاعات مفیدی را در رابطه با اینکه چرا ساختمان‌های آسیب دیده  باید تقویت شوند، ارائه می‌دهد. علاوه بر این، شما را با انواع تکنیک‌های مقاوم سازی با FRP، آشنا می‌کند.

مقاوم سازی دال بتنی

کاربرد گسترده‎ ‎انواع محصولات‎ FRP ‎‏ سبب شده تا آن در زمینه مهندسی سازه، به شدت مورد توجه قرار گیرد. کامپوزیت‌های‎ ‎FRP‏ مواد سبک وزن، با استحکام بالا، غیر خورنده و غیر مغناطیسی می باشند که کاربردهای گسترده‌ای در زمینه‌ی مقاوم ‏سازی سازه‌های مختلف دارند. کامپوزیت های‎ FRP در بسیاری از پروژه‌های مهندسی سازه و مطالعات تحقیقاتی مورد ‏استفاده قرار گرفته است. کامپوزیت‌های ‏FRP‏ در تقویت دیوار برشی، ستون، دال و مقاوم سازی تیرهای بتن آرمه، به طور ‏موثر و کارآمد استفاده می‌شود. تحقیقات صورت گرفته در زمینه مقاوم سازی دال های بتن آرمه یک و دو طرفه با استفاده ‏از مواد‎ FRP ‎نشان می دهد، که پارچه‌ها و لمینت‌های‎ FRP ‎مورد استفاده در تقویت دال، با افزایش مشخصات مکانیکی آن ‏از جمله مقاومت خمشی و کششی، کمبودهای دال را جبران و عملکرد آن را بهبود و عمر مفید را به مراتب افزایش می‌دهد.‏ نصب و اجرای انواع FRP، نیازی به تخصص و یا ابزاری پیچیده نداشته  و به راحتی و با سرعت، با استفاده از چسب یا رزین مخصوص، از جمله رزین اپوکسی، نصب می‌شود. بنابراین، نسبت به دیگر انواع روش‌های مقاوم سازی، مقرون به صرفه تر است.

چرا برای مقاوم سازی کف از FRP استفاده می شود؟

به طور کلی، مشخصات مکانیکی و فیزیکی اساسی محصولات FRP از جمله پلیمرهای تقویت شده با  الیاف شیشه (GFRP) و پلیمرهای تقویت شده با الیاف کربن (CFRP) سبب شده تا در تعمیر و استحکام دال‌ها و عرشه‌ها بسیار موثر عمل کنند. از آنجایی که ظرفیت خمشی نهایی دال حاصل از بر هم کنش کوپل نیروهای کششی و فشاری است، می‌توان از FRP به منظور افزایش نیروی کشش روی سطح کششی تیر استفاده نمود. در اکثر موارد، عرشه یا دال دارای مقاومت فشاری کافی می باشد و نیاز به مقاوم سازی زیادی ندارد. با این حال، در صورت نیاز می توان از FRP به عنوان بخشی از تقویت و ترمیم صفحه فشاری تیر استفاده نمود.

برای آشنایی بیشتر با CFRP و GFRP، پیشنهاد می‌کنیم، مقاله جامع و کاربردی “ مقایسه پلاستیک تقویت شده با فییر کربن و شیشه ” را مطالعه نمایید.

همچنین برای تعمیر دال‌ها می توان صفحات فولادی را با چسب و پیچ و مهره به سطح کششی دال‌ها چسباند. این روش سال ها است که مورد استفاده قرار می گیرد، اما دارای نتیجه مطلوبی نبوده است. به این دلیل که این روش به کار زیادی نیاز دارد و ظاهر معماری سازه را نیز تغییر می دهد. پس از سال‌ها، خواص شگفت ‌انگیز FRP مانند استحکام بالا، وزن سبک و مقاومت بالا در برابر اثرات محیطی، کاربرد FRP را افزایش داده است.

توصیه کارشناسان برای مقاوم سازی ساختمان ها استفاده از مقاوم سازی FRP به جای استفاده از ورق‌های فولادی است. تقویت اتصالات دال ستون با ورق یا صفحات FRP دارای مزایای بسیار زیادی نسبت به تقویت آن ها توسط صفحات فولادی است. به این دلیل که استفاده از این روش نیازی به کار بیش از حد ندارد و کمترین تاثیر را در هندسه مقطع می گذارد. وجود این مزایا، محققان را وادار کرده است که تحقیقات خود را بر روی مزایای FRP به عنوان یک ماده تقویت کننده متمرکز نمایند.

مراحل تحلیل و طراحی با FRP

هنگامی که از FRP برای تقویت دال ها در برابر خمش استفاده می شود، دال ها باید بتوانند در برابر نیروهای برشی ناشی از افزایش مقاومت خمشی مقاومت نمایند. همچنین قابلیت برشی مقطع باید مجدداً محاسبه یا تخمین زده شود تا بررسی شود که آیا می توان به مقاومت برشی مورد نیاز مقطع رسید یا خیر؟ به طور کلی هنگام تجزیه و تحلیل مقاطع برای یافتن ظرفیت بارگذاری آن ها، فرض های زیر مطرح می شود:

• توزیع کرنش در بتن با وجود فشار و کرنش در فولاد و FRP در کشش متناسب با فاصله از محور خنثی می باشد.
• لغزش نسبی بین ورق های FRP خارجی و بستر بتنی وجود ندارد.
• تغییر شکل برشی در لایه چسب نادیده گرفته شده است، زیرا چسب بسیار نازک است و ضخامت آن به مقدار بسیار کم تغییر می کند.
• مقاومت کششی بتن نادیده گرفته شده است.
• تقویت FRP دارای توزیع تنش-کرنش الاستیک خطی است.
• حداکثر کرنش فشاری مجاز در بتن به استاندارد خاصی که برای ریخته گری استفاده می شود، بستگی دارد و عموماً 0.003 یا 0.0035 است.

ویژگی ها و مزایای مقاوم سازی با FRP

استفاده از روش مقاوم سازی سقف با FRP دارای مزایای بسیار زیادی نسبت به روش های دیگر می باشد. استفاده از این روش برای ترمیم و مقاوم سازی ساختمان ها و سازه ها طرفداران زیادی دارد. به طوری که بسیاری از متخصصان و کارشناسان ساختمان استفاده از مقاوم سازی سقف با FRP را به افراد توصیه می نمایند.

مزایای مقاوم سازی یا ارتقاء لرزه ای با FRP عبارتند از:

1. استحکام خمشی را برای مناطق گشتاور مثبت و منفی در دال افزایش می دهد.

2. باعث افزایش سفتی دال و کاهش انحراف در بارهای سرویس می شود.

3. برای داشتن دوام بیشتر، عرض ترک را کاهش می دهد.

4. پوشاندن کسری از سطح دال با FRP ممکن است برای تقویت کل دال کافی باشد. ضخامت کم FRP می تواند به راحتی در زیر پوشش های کف پنهان شود که مزیت بزرگی است.

5. FRP می تواند به عنوان غشای ضد آب نیز عمل کند و به عنوان عایق رطوبت و آب نیز کارایی داشته باشد.

6. هیچ کاهشی در ترخیص سربار به عنوان مثال در پارکینگ ها به دلیل استفاده از الیاف FRP ایجاد نخواهد شد.

7. هزینه کمتر برای FRP در مقایسه با تقویت با روش های مرسوم دال های یک طرفه بتن مسلح تقویت شده توسط FRP می توانند، عملکرد خمشی آن را بهبود بخشند. بار ترک خوردگی، بار تسلیم، بار نهایی و سختی دال تقویت شده به درجات مختلف افزایش یافته است.

استفاده از FRP، همچون دیگر محصول‌های موجود، محدودیت‌هایی دارد. بدین منظور، مطالعه مقاله ” شرایط و محدودیت‌های به کارگیری تقویت کننده‌های FRP ” پیشنهاد می‌گردد.

در مقایسه با دالی که از سیستم‌های تقویت سازه بهره نبرده، دال تقویت شده توسط سیستم FRP دارای ترک آشکار قبل از شکست و انحراف نهایی دال است که بسیار فراتر از انحراف مجاز طرح استاندارد می باشد. قبل از خرابی دال مورد نظر، علائم آشکاری وجود دارد که مربوط به شکست شکل پذیر است و از نظر ایمنی دارای اهمیت بسیار بالایی می باشد.
ترک های خمشی دال های یک طرفه بتن مسلح تقویت شده با FRP آشکارا متراکم تر و ظریف تر از دال های غیر مسلح می باشند. این امر باعث می شود تا اتصال بین شبکه FRP و سطح مشترک بتن توزیع تنش یکنواخت تر شود و به نوبه خود می تواند خمش را بهبود بخشد.