گاهی به خسارت های ناشی از زلزله های گذشته نشان می دهد که درصد بالایی از ساختمان های بتن مسلح که تاکنون در کشور ساخته شده در برابر زلزله مقاوم نیستند و یا مقاومت کافی و قابل قبولی ندارند، زیرا سازه های بتن مسلح موجود، بیشتر بر اساس آیین نامه های قدیمی طراحی شده و بیشتر آن ها الزامات آیین نامه های جدید زلزله را ارضا نمی کنند. همچنین ضعف های اجرایی ساختمان ها را آسیب پذیر کرده است. از این رو ضرورت تقویت این ساختمان ها به خصوص برای مقابله با نیرو های جانبی و با روش های مقاوم سازی قابل اعتماد، آسان، سریع و اقتصادی احساس می شود. به همین دلیل استفاده از ورق های FRP برای بهسازی لرز های در سال های اخیر بسیار گسترش یافته است. از دلایل مهم انتخاب این مصالح به عنوان تقویت کننده، مقاومت کششی وگسیختگی بالای این مواد ، وزن کم آن ، انعطاف پذیری این سیستم ، مقاومت و دوام بسیار خوب در برابر خوردگی ، سادگی وسرعت بالای اجرای آن است. یک عضو مهم که در شکل گیری سازه های بتنی نقش مهمی دارد، تیر است. تیر های بتن مسلح، با نسبت د هانه به ارتفاع کمتر از 4 به تیر های عمیق معروف اند.
نحوه ترمیم و تقویت تیر های عمیق
در این پژوهش سه گروه نمونه بتنی با سه سیستم تقویتی متفاوت ترمیم و تقویت شدند. که در شکل های زیر نحوه آرماتورگذاری و جزئیات آمده است. برای گروه یک ورق های کربن دوجهته که از قبل به ابعاد 45*33 سانتی متر بریده شده دوطرف جان تیر با زاویه قرارگیری الیاف 45 و 135 درجه چسبانده شده و تحت بارگذاری نقطه ای از بالا قرار می گیرند. نتایج این نمونه با عنوان تیر ترمیم شده در ادامه آمده است.
خواص مکانیکی چسب و الیاف مورد استفاده:
| مقاومت چسبندگی (در مقابل نیروی برشی) | مدول خمشی | مدول کششی | مقاومت کششی | کرنش در هنگام شکست |
| 58.4 | 3800 | 4500 | 30 | 0.9 |
خصات الیاف
| جهت قرار گیری | دو جهته | تک جهته |
| وزن فایبر | g/cm3 150 در هر جهت | 300 g/cm3 |
| عرض ورق | 300 mm | 1000 mm |
| ضخامت | 0.0882 mm | 0.176 mm |
| مقاومت کششی | 3800 N/mm2 | 3800 N/mm2 |
| مدول ارتجاعی | 240 KN/mm2 | 240 KN/mm2 |
| کرنش در هنگام شکست | 1.7% | 1.7% |
| وزن مخصوص | 1.7 g/cm3 | 1.7 g/cm3 |
| ضریب کاهش طراحی | 1.2 | 1.2 |
| نیرو کششی در هر mm 1000 پهنا | 279.3 KN | 557.3 KN |
برای گروه دو ورق های کربن پارچه ای دوجهته بریده شد ه به ابعاد 90*66 سانتی متر مطابق شکل چسبانده شد. در این روش ورق های پارچه ای دوجهته به روش دورپیچ مطابق جزئیات ارائه شده در دو طرف جان تیر چسبانده و بارگذاری شد.
برای گروه سوم ورق های پارچه ای تک جهته بریده شده بصورت نواری به ابعاد 10*50 سانتی متر مطابق شکل در دو طرف جان چسبانده شد.
نمونه ها در هر گروه با آرایش یکسان، میلگردگذاری، مقاومت بتن یکسان ساخته شده اند. بارگذاری نمونه ها با جک 50 تنی در وسط و از بالا صورت گرفته است.
نتیجه گیری
شکست تیر های تقویت نشده با ترک قطری بین گوشه پایین تکیه گاه و ناحیه فشاری زیر محل بارگذاری رخ می دهد. پس از تقویت به سبب اثر محصور کنندگی ورق های CFRP پخش و رشد ترک های قطری بحرانی در مقایسه با تیر تقویت نشده با افزایش بار، کاهش یافته، به طوری که بر بار های بزرگ تری برای نفوذ ترک قطری بحرانی به قسمت تحتانی تیر نیاز است و شکست تیر ها، به صورت ناگ هانی و با گسیخته شدن الیاف رخ می دهد. این امر سبب افزایش بار ن هایی در گروه یک به میزان 46% ، در گروه دو 55% و در گروه سه 61% شده است.
عملیات ترمیم تیر های دوسرگیردار بسیار مطلوب بوده به طوری که ظرفیت برشی تیر های ترمیم یافته را به میزان 6% در گروه یک ، 3% در گروه دو و 7% در گروه سه نسبت به تیر تقویت نشده افزایش داده است.
افزایش باربری نمونه های ترمیم یافته نسبت به تیر تقویت نشده در همه گروه ها بیانگر این موضوع است که عملیات ترمیم در تیر های دوسرگیردار تأثیر بسیار مطلوبی در رفتار و سختی آن ها میگذارد؛ در واقع می توان گفت که ترمیم تیر می تواند سختی کاهش یافته در حین مرحله پیش بارگذاری (قبل از ترمیم)را بازگرداند و رفتار تیر ترک خورده را بهبود بخشیده و تقریباً به رفتار تیر قبل از ترک خوردگی تبدیل کند.
تقویت به روش دورپیچی در گروه دو علاوه بر افزایش ظرفیت برشی، ظرفیت خمشی تیر را نیز افزایش داده و این امر موجب تغییر مود شکست برشی و خمشی به موضعی شده است. مود شکست برشی، رفتار این تیر ها را تا زمانی که ظرفیت خمشی و برشی تخمینی آن ها بیشتر از ظرفیت برشی افزایش یافته شان باشد، کنترل میکند .
استفاده از بیشینه ظرفیت الیاف زمانی امکان پذیر است که مود شکست خمشی و موضعی به دلیل کمبود آرماتور های کششی و فشاری و ضعف بتن، زیر نقطه بارگذاری رخ ندهد یکی از علل شکست زود هنگام تیر تقویت شده گروه دو و پاره نشدن الیاف، ضعف بتن زیر نقطه بارگذاری و بنابراین غالبشدن شکست موضعی در این نقطه است.
با توجه به این که مقدار الیاف از لحاظ مساحت در همه نمونه ها برابر است، بهترین آرایش الیاف از لحاظ مقاومت ن هایی در نمونه های تقویت یافته در گروه سه است. علت این امر توزیع 100% الیاف تک جهته عمود بر امتداد ترک های برشی است. درحالی که در سایر گروه ها تن ها 50% از الیاف بدلیل دوجهته بودن عمود بر امتداد ترک برشی است.
درصورتیکه CFRP به نحو مناسب در تقویت تیر های عمیق بتنی دوسرگیردار استفاده شود، می تواند تا 61% ظرفیت ن هایی را افزایش دهد. این روش برای ترمیم تیر هایی که در اثر بارگذاری اولیه دچار شکست شده اند میتواند تا 7% ظرفیت ن هایی برشی را افزایش دهد.
