اف آر پی چیست ؟ (تاریخچه، معرفی و کاربردها)

FRP چیست ؟

FRP‏ یک محصول کامپوزیتی از الیاف‌هایی مثل کربن، شیشه، آرامید و بازالت و ماتریس‌هایی مثل اپوکسی، ونیل استر، پلی ‏استر و … تشکیل شده است. از ترکیب الیاف و پلیمر می‌توان محصولاتی مانند لمینیت و ورقFRP ‎‏ (‏FRP laminate‏)، ‏میلگرد ‏FRP‏ (‏FRP section‏) را در کارخانه تولید کرد. محصولات ‏FRP، در موارد متنوعی مصرف می‌شوند که بارزترین ‏آن‌ها استفاده در مقاوم سازی سازه‌های بتنی است.‏
الیاف موجود در کامپوزیت FRP استحکام و سفتی ترکیب را فراهم می‌کند و رزین‌ها نقش انتقال بار وارده به الیاف و همچنین چسبانندگی الیاف به یکدیگر را دارند. امروزه کامپوزیت FRP در مقاوم سازی انواع سازه در برابر زلزله و جایگزین مناسبی برای تقویت سازه‌ها با روش‌های قدیمی مانند ژاکت فولادی و بتنی می‌باشد. کامپوزیت FRP با وزن و ضخامت بسیار کم به صورت خارجی بر اجزای سازه مانند تیر، ستون، دیوار و … می‌چسبد. همچنین از این کامپوزیت برای مصارف متنوعی مثل صنعت هوا فضا، ارتش، خودروسازی، سازه های دریایی و … استفاده می‌شود. از مزایای استفاده از سیستم کامپوزیت FRP می‌توان به حمل و نقل و اجرای آسان، عدم توقف کاربری اشاره نمود. همچنین سیستم کامپوزیت FRP نسبت به سایر روش‌های مقاوم سازی قدیمی به دیگر بخش‌های سازه آسیبی نمی‌رساند. الیاف مورد استفاده در کامپوزیت FRP می‌تواند کربن، شیشه، بازالت و آرامید باشد. ماتریس نیز می‌تواند از دسته انواع رزین  یا چسب FRP مثل رزین فنولیک، رزین پلی استر و به خصوص رزین اپوکسی باشد. نوع و مقدار الیاف، اتصال مناسب الیاف و رزین اپوکسی، جهت گیری مناسب الیاف، توزیع یکنواخت الیاف در میان ماتریس و ضریب انتقال حرارت عواملی هستند که بر کیفیت سیستم FRP و مشخصات اساسی محصولات FRP مانند مقاومت کششی، برشی، خمشی و دیگر خصوصیات مکانیکی کامپوزیت تاثیر می‌گذارند. پایداری و دوام کامپوزیت FRP به عواملی چون از دست رفتن چسبندگی بین الیاف و ماتریس، تغییرات شیمیایی و فیزیکی ماتریس و کاهش مقاومت و سختی الیاف بستگی دارد.

کامپوزیت FRP، ضخامت بسیار کمی دارد و استفاده از آن برای تقویت سازه‌ها هیچ تغییری در ابعاد و شکل ظاهری سازه ایجاد نمی‌کند. علاوه بر این، با توجه به ابعاد عضو مورد تقویت،FRP در هر اندازه، شکل و ابعاد قابل اجرا می‌باشد. مزایای FRP سبب شده است که آن در تقویت انواع المان‌های سازه‌ای به کار رود.

FRP به عنوان یک روکش تقویت کتتده، می‌تواند برای افزایش مقاومت برشی بتن مسلح استفاده شود. دورپیچ کردن المان‌های سازه‌ایی با الیاف FRP، می‌تواند شکل پذیری را به مراتب بهبود دهد، علاوه بر این، رفتار لرزه‌ایی را نیز بهبود می‌بخشد.

سیستم‌های پلیمری تقویت شده با انواع الیاف FRP به سادگی به عنوان تقویت کننده‌ای با مقاومت بالا و سبک ساخته می‌شوند که از ترکیب فیبر کربن (CFRP) یا شیشه با یک ماده پلیمری ایجاد می‌شوند.

برای آشنایی با فیبر کربن و کاربردهای آن، پیشنهاد می‌گردد تا نوشته یا مقاله جامع “ الیاف کربن از صنایع هوایی تا صنعت ساختمان  ” را مطالعه فرمایید.

تقویت کننده FRP، چه کمبود یا مشکلات ساختاری را می‌تواند برطرف یا بهبود بخشد ؟

اخیراً، استفاده از تقویت کننده FRP به طور فزاینده‌ای در ساخت و ساز و برنامه‌های مقاوم سازی، به ویژه در سازه‌های بتنی قدیمی، آسیب دیده یا بیش از حد بارگیری شده است، رشد داشته است.تقویت کننده FRP به عنوان راهکاری برای رفع انبوهی از کمبودها یا تقاضاهای ساختاری به شرح زیر در ساختارهای موجود مهندسی، مشخص و نصب شده اند :

• مشکلات دوام به دلیل ضعیف یا نامناسب بودن مصالح ساختمانی
• طراحی یا ساخت ناکافی
• افزایش الزامات بارگیری به دلیل تغییر کاربری
• بارگیری خاص یا تصادفی
• مقاوم سازی لرزه ای

استفاده از تقویت کننده‌های FRP، محدودیت‌ها و شرایطی دارد. مقاله “ شرایط استفاده از الیاف FRP ” میتواند شمارا از این محدودیت‌ها، آگاه سازد.

مزیت اصلی سیستم‌های FRP در مقابل روش‌های مقاوم سازی سنتی این است که دستاوردهای قابل توجهی که در مقاومت خمشی، محوری یا برشی حاصل می‌شود با استفاده از کامپوزیتی با کاربرد آسان که وزن یا جرم قابل توجهی به سازه نمی رساند، بدست می‌آید.
اتصال ورق‌های فولادی، بزرگ شدن مقاطع بتنی و پوشش‌های فولادی از دهه‌های گذشته از روش‌های مقاوم سازی بوده است، با این وجود خوردگی، تخریب پیوند و دشواری نصب چالش‌های مداوم برای غلبه بر آن‌ها است، و به طور کلی مقاوم سازی با چنین راهکارهایی باعث افزایش مقاومت در وزن بیشتر می‌کند.
در بسیاری از موارد، FRP با توجه به کاهش هزینه‌های آماده سازی و کار، اقتصادی ترین انتخاب است. FRP معمولاً بدون خارج شدن سازه از سرویس قابل نصب است.

برخی از ویژگی‌های FRP چیست ؟

• ظرفیت مقاومت را بدون وزن و جرم قابل توجه از نظر اقتصادی افزایش می‌دهد
• مقاومت کششی بسیار بالا
• نصب سبک و کاربر پسند
• غیر خورنده
• سازگار با بسیاری از پوشش‌ها و پوشش‌های محافظ

استفاده از سیستم‌ تقویت کننده کامپوزیت FRP در بهبود و افزایش مقاومت دیوارهای برشی، دال‌ها، دهانه‌های دال، تیرها، دیوارها، بازشوهای دیواری جدید، ستون‌ها، سیلوها، دودکش‌ها، شمع‌ها، کلاهک‌های اسکله و… بسیار رایج است .FRP می‌تواند برای تقویت بتن مسلح و بتن پیش تنیده/ پس تنیده، فولاد، سنگ تراشی و چوب استفاده شود.
در مناطقی که افراد مشغول کار هستند، تقویت FRP را می‌توان با کمترین یا بدون اختلال انجام داد. روش‌های تقویت سنتی ممکن است نیاز به جابجایی موقت کل تیم‌ها داشته باشد.

برای کسب اطلاعات در رابطه با مکانیزم FRP در مقاوم سازی، می‌توانید به مقاله ” بررسی عملکرد FRP در تقویت ستون تحت بارگذاری ” مراجعه نمایید.

موارد استفاده:

• تقویت خمش تیر
• تقویت خمشی و برشی دال بتن آرمه توسط لمینیت و پارچه‌های FRP
• تقویت خمشی ستون به همراه دورپیچ انتهایی جهت مهار لمینیت FRP و افزایش شکل پذیری ستون در ناحیه بحرانی
• استفاده از پارچه اف آر پی در تقویت ساختمان بنایی
• استفاده از مش FRP به جای آرماتور در سیستم تقویت به روش شاتکریت
• تقویت ستون در برابر ضربه با استفاده از FRP از جنس آرامید
• استفاده از مش FRP در لایه آسفالت جهت جلوگیری از ترک خوردگی
• استفاده از مش FRP به جای میلگرد فولادی در تونل سازی
• تقویت چشمه اتصال با استفاده از پارچه FRP

تکنیک مقاوم سازی ستون‌های مسلح بتنی با استفاده از کامپوزیت‌هایFRP به طور گسترده ای به جای پوشش دادن به وسیله فولاد (Jacketing Steel) مورد استفاده قرار گرفته است. در مقایسه با استفاده از تنگ‌ها و مارپیچ فولادی، تکنیک محصور سازی با استفاده از FRP قابلیت این را دارد که محصور شدگی را به صورت پیوسته برای تمام مقطع عرضی ستون تامین کنند.
همچنینFRP دارای خواص ذاتی مطلوبی (نسبت زیاد مقاومت به وزن و مقاومت بالا در برابر خوردگی و خنثی بودن الکترومغناطیسی) هستند به گونه‌ای که می‌توان در مقاوم سازی یا بازسازی اعضای بتنی به طور موفقیت آمیزی از آن‌ها بهره گرفت.
FRP می‌تواند در تیرها و دال‌های بتنی به عنوان جایگزین تمام یا بخشی از میلگرد کششی مورد نیاز بکار رود. همچنین FRP می‌تواند در تقویت اتصالات بتنی استفاده گردد و شکل پذیری ناحیه اتصال را افزایش دهد (تقریبا هیچ روش دیگری نمی‌تواند چنین تاثیری داشته باشد)

مزایای مقاوم سازی با استفاده از FRP:

• مقاوم سازی با FRP نسبت به روش‌های سنتی تداخل کمتری در کاربری ساختمان در حین اجرا ایجاد می‌کند
• امکان تقویت به صورت خارجی
• مقاومت در برابر خوردگی
• دارای قابلیت اجرای سریع و آسان
• مقاومت کششی زیاد
• در مواردی که استفاده از ماشین آلات سنگین و یا توقف کاربری ساختمان در هنگام اجرا امکان پذیر نیست، استفاده از الیاف پلیمری FRP تنها روش مقاوم سازی می‌باشد
• از دیگر مزایای FRP نسبت بالای مقاومت به وزن و سختی، اتصال مناسب بین ورق‌های FRP با تیر یا ستون می‌باشد.
• نفوذ ناپذیری مغناطیسی

پیشنهاد می‌گردد تا برای آشنایی با روش درست تقویت عناصر سازه‌ایی با استفاده از FRP، می‌توانید به مقاله جامع و کاربردی ” چگونه ساختمان خود را با الیاف FRP، مقاوم سازی کنیم ؟ ” را مطالعه نمایید.