سازه های بتن آرمه به دلایل متعددی ممکن است در معرض آسیب قرار گیرند که از جمله آنها می توان به موارد زیر اشاره کرد :
رفتار سازه‌های بتن آرمه در زلزله‌های اخیر نشان داده است که آیین نامه طراحی سازه‌های بتن آرمه که در سالهای قبل از 1970 تدوین یافته است دارای نقایص و کمبودهایی از قبیل جزئیات ضعیف وصله آرماتورهای طولی و نرسیدن میلگردهای طولی به حالت تسلیم، کمبود فولادهای عرضی محصورکننده و مهار قلاب انتهایی آماتورهای عرضی در منطقه پوشش بتن می‌باشد. قرارگیری بتن تحت تاثیر شرایط محیطی مخرب باعث خوردگی فولاد می‌شود. این مسئله مخصوصا در مورد سازه های دریایی، ساحلی و پایه پل‌ها که شرایط محیطی خوردگی دارد بیشتر مورد توجه است. پیشرفت سریع خوردگی در محیط‌های آلوده به نمک باعث ترک خوردگی و پوسته شدن بتن پوشش می‌شود. بار سازه‌های موجود نیز به دلایل مختلف ممکن است با توجه به گذشت زمان افزایش یابد؛ که این افزایش در ساختمان‌های مسکونی به دلیل تغییر کاربری و در مورد پله‌ها به دلیل افزایش بار ترافیکی رخ می‌دهد. شناخت بهتر نیروهای زلزله نسبت به گذشته و تغییرات آیین نامه زلزله باعث شده که سازه‌های موجود را بتوان دوباره ارزیابی و در برابر زلزله مقاوم‌سازی نمود. سیستم FRP راه حلی مقرون به صرفه برای مقابله با کابوس زلزله شناخته می‌شود.
پیشنهاد برای مطالعه
امروزه استفاده از ژاکت پلیمری به دلیل خواص فوق العاده آن نظیر مقاومت و سختی بالا، وزن اندک، مقاومت در برابر خوردگی، ناهمسانگرد بودن این مواد و طراحی بهینه، نصب آسان و سریع، هماهنگی با معماری سازه، کارایی اجرایی خوب، انعطاف پذیری بیشتر در طراحی، هزینه کل کمتر (شامل زمان ، مصالح و اجرا) نسبت به ورقهای فولادی، انجام تقویت در زمان استفاده از سازه، عدم تغییرات قابل توجه در سختی اعضای سازه در حالت تقویت برشی و دوام بیشتر اعضای دورپیچ شده مورد توجه قرار گرفته است. ژاکت‌های FRP، بدون نیاز به ابزار پیچیده و یا نیروی کار متخصص در زمانی کوتاه، توسط چسب‌ها یا رزین‌های مخصوص از جمله رزین اپوکسی، اجرا می‌شوند. مقاله ” نصب و اجرای صحیح کامپوزیت FRP ” انواع روش‌های اجرای الیاف FRP را مورد بررسی و بحث قرار داده است.
پیشنهاد برای مطالعه
الیاف FRP با ایجاد حالت تنش‌های سه محوره باعث افزایش مقاومت و شکل پذیری بتن محصورشده می‌گردند. شایان به ذکر است که استفاده از این مواد در سازه‌های جدید (الیاف به صورت تیوب) مورد توجه قرار گرفته است. در حالت استفاده از این مواد به صورت تیوب دیگر نیازی به قراردادن آرماتورها در داخل بتن و استفاده از قالب برای بتن ریزی نیست و از لحاظ اجرایی آسانتر می‌باشد.
اجزای تشکیل دهنده مواد مرکب
مواد مرکب از سه قسمت اصلی الیاف، چسب و ماده‌ای کم وزن بنام پر کننده تشکیل شده که الیاف جهت تحمل بار و چسب برای چسباندن الیاف و عملکرد یکنواخت آنها بکار برده می شوند.
خصوصیات الیاف
متداول‌ترین نوع الیاف مورد استفاده در ساخت کامپوزیتها، الیاف کربن، شیشه و آرامید می‌باشند. این الیاف دارای مقاومت کششی بسیار بالایی بوده و رفتار تنش- کرنش این الیاف بصورت خطی می باشد. برای آشنایی و کسب اطلاعات بیشتر از الیاف کربن و مزایای آن، مقاله جامع و کاربردی ” الیاف کربن از صنایع هوایی تا صنعت ساختمان ” را مطالعه فرمایید.
همانگونه که در شکل 1 ملاحظه می شود الیاف تا لحظه گسیختگی رفتار خطی داشته که این نوع رفتار دو عیب عمده دارد :
1- اعضای تقویت شده با الیاف شکل پذیری کمتری دارند، اما در صورتیکه برای محصور شدگی عضو بکار روند (مثل ستون) مقاومت و شکل پذیری را افزایش می دهند.
2- باز توزیع تنشها بعلت کمبود شکل پذیری محدود است.
بررسی استفاده از FRP در مقاوم‌سازی ستون‌های بتنی تحت بارها و عوامل مختلف
الیاف کربن دارای این خاصیت می باشند که در محدوده وسیعی از سختی ها می‌توانند تولید شوند، که این امر در طراحی ساختار انواع کامپوزیت‌های FRP می‌تواند موثر باشد( شکل ا ). تنها مشکل استفاده از این الیاف هزینه بالای آن می باشد. مهمترین خواص الیاف کربن عبارتند از: مقاومت و سختی خیلی بالا، مقاومت بسیار عالی در برابر مواد شیمیایی و رطوبت، مقاومت بالا در برابر خستگی وگسیختگی در اثر خزش، رسانا بودن و مستعد خوردگی. برای شناخت عمیق‌تر و یا کسب اطلاعات بیشتر از الیاف FRP، پیشنهاد می‌شود تا مقاله جامع و کاربردی “ الیاف FRP و تاریخچه آن ” را مطالعه فرمایید.
پیشنهاد برای مطالعه
رفتار تنش-کرنش بتن محصورشده بوسیله الیاف پلیمری
در تحقیقاتی که به منظور شناخت رفتار اعضا سازه‌ای صورت می‌گیرد، بیشتر توجهات روی اصول و مبانی سازه‌ای می‌باشد. به همین دلیل بخش بزرگی از کارهای تحقیقاتی انجام شده روی رفتار نمونه‌های کوچک بتن ساده تقویت شده بوسیله الیاف پلیمری تحت بارهای محوری می‌باشد. در شکل 2 منحنی‌های تنش-کرنش محوری بتن محصور شده توسط الیاف پلیمری در مقایسه با بتن ساده محصور نشده نشان داده شده است. منحنی تنش–کرنش بتن محصور شده غیرفعال( قبل از شروع بارگذاری هیچگونه فشار جانبی به بتن وارد نمی شود) اساسا شامل دو بخش است. بخش اولیه منحنی مربوط به قسمت خطی و بخش ثانویه مربوط به منطقه پلاستیک می‌باشد. شیب قسمت خطی منحنی مشابه شیب قسمت خطی بتن محصور نشده می‌باشد.
نوع ژاکت محصورکننده بتن اثر کمتری روی بخش خطی منحنی داشته؛ به جز اینکه ژاکت‌های سخت‌تر تمایل به افزایش مختصر تنش و کرنش در نقطه انتقال منحنی‌ها و شیب بیشتر ناحیه خمیری دارند. دلیل اینکه منحنی های تنش– کرنش بتن محصور شده و محصورنشده در منطقه خطی شبیه به یکدیگر می‌باشند این است که بتن در بارهای کم انبساط جانبی کمتری داشته و در نتیجه ژاکت محصورکننده فعال نمی‌شود. ناحیه خمیری بلافاصله پس از مقاومت حداکثر بتن محصورنشده تشکیل می‌شود. در این نقطه بعلت رشد سریع کرنش‌های جانبی بتن و انبساط حجمی آن ژاکت فعال می‌شود. در ناحیه پلاستیک با افزایش جزئی در تنش محوری، افزایش زیاد در انبساط جانبی مشاهده می‌شود که این انبساط بدلیل گسترش ترک‌ها و تخریب ساختار درونی بتن بوده و باعث افزایش فشار محصورکنندگی ژاکت می‌باشد. از این‌رو ، با توجه به اینکه الیاف تا لحظه گسیختگی رفتار خطی خواهند داشت، این مکانیزم در ایجاد شیب بخش خمیری منحنی سهم بسزایی دارد. اگر بتن خوب محصورشده باشد شیب ناحیه خمیری مثبت و کاملا خطی خواهند بود، که دلالت بر این دارد که فشار محصورکنندگی برای مهار اثرات انبساط جانبی بتن ناشی از رشد خرابی در آن مناسب بوده و ظرفیت باربری بیشتری را ایجاب می کند. اگر بتن خوب محصور نشده باشد، تنش محوری حداکثر، شبیه به حالت بتن محصورنشده خواهد بود که دلالت بر ناکافی بودن فشار محصورشدگی برای شروع اثرات خرابی بتن که کرنش‌های بزرگتری را تحمل می‌کنند، دارد.
پیشنهاد برای مطالعه
نتیجه گیری
تقویت و تعمیر سازه‌های بتن آرمه آسیب دیده و سازه‌هایی که در معرض نیروهای زلزله قرار دارند با چندین روش که از جمله آنها می‌توان به استفاده از ژاکت‌های بتنی، ژاکت‌های فولادی و ژاکت‌های FRP اشاره نمود، صورت می‌گیرد. امروزه استفاده از روش مقاوم سازی با FRP، به دلیل خواص فوق العاده آن نظیر مقاومت وسختی بالا، وزن اندک، مقاومت در برابر خوردگی، ناهمسانگرد بودن این مواد و طراحی بهینه، نصب آسان و سریع و هزینه کل کمتر (شامل زمان ، مصالح و اجرا ) نسبت به ورقهای فولادی مورد توجه قرار گرفته است.این روش نیز همچون یگر راهکارهای مقاوم سازی مرسوم، شرایط و محدودیت‌هایی دارد. برای شناخت آنها، پیشنهاد می‌کنیم تا به مقاله ” شرایط و محدودیت‌های استفاده از سیستم FRP کدام است؟ ” مراجعه نمایید.
نمونه‌های ستون تقویت شده با سیستم FRP، دارای افزایش شکل‌پذیری قابل توجه بوده و همچنین در سیکل‌های مختلف بارگذاری و باربرداری به علت خطی بودن رفتار ژاکت پلیمری، کرنش‌های پلاستیک در ژاکت باقی نمانده تا باعث کاهش کارایی ژاکت گردند.
