کاربرد مصالح FRP در مقاوم سازی سازه های فولادی

اﻣﺮوزه اﺳﺘﻔﺎده از ﻣﻮاد ﮐﺎﻣﭙﻮزﯾﺘﯽ ﺑﺮای اﻓﺰاﯾﺶ توان‌بخشی و ﻧﻮﺳﺎزی سازه‌های زﯾﺮﺑﻨﺎﯾﯽ و اﺳﺎﺳﯽ در ﺟﻬﺎن موردپذیرش قرارگرفته اﺳﺖ. روش‌های ﺳﻨﺘﯽ و ﻗﺪﯾﻤﯽ ﺑﺮای مقاوم‌سازی سازه‌های ﻓﻮﻻدی هزینه‌بر، زمان‌بر و ﻧﯿﺎزﻣﻨﺪ ﺑﻪ ﮐﺎر ﺷﺪﯾﺪ می‌باشند. روش‌های ﺳﻨﺘﯽ ﺷﺎﻣﻞ روش‌هایی از ﻗﺒﯿﻞ اﺳﺘﻔﺎده از ﺟﻮش دادن و ﭘﺮچ ﮐﺮدن ﺻﻔﺤﺎت ﻓﻮﻻدی در سازه‌های ﻓﻮﻻدی می‌باشد. از ﺗﮑﻨﯿﮏ ﻫﺎی ﺟﺪﯾﺪ ﻣﻘﺎومﺳﺎزی ﮐﻪ اﻣﺮوزه ﻣﻮرد ﺗﻮﺟﻪ قرارگرفته اﻧﺪ، اﺳﺘﻔﺎده از ﻣﻮاد ﭘﻠﯿﻤﺮی FRP در ﺳﺎزه ﻫﺎ می‌باشد ﮐﻪ اﯾﻦ ﻣﻮاد دارای ﻣﺰاﯾﺎﯾﯽ از ﻗﺒﯿﻞ ﺳﺒﮏ وزﻧﯽ، ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺑﺎﻻ و ﻣﻘﺎوﻣﺖ در ﻣﻘﺎﺑﻞ ﺧﻮردﮔﯽ و ﺧﺴﺘﮕﯽ می‌باشند. اﯾﻦ ﮔﻮﻧﻪ ورق ﻫﺎی ﭘﻠﯿﻤﺮی ﮐﻪ ﺑﺮای ﺗﻌﻤﯿﺮ و اﻓﺰاﯾﺶ ﻣﻘﺎوﻣﺖ سازه‌های ﺑﺘﻨﯽ اﻣﺮوزه ﺑﻪ ﺻﻮرت ﻣﺘﺪاول اﺳﺘﻔﺎده ﻣﯽ ﺷﻮد ﻇﺮﻓﯿﺖ ﺑﺎرﺑﺮی ﺗﯿﺮﻫﺎ و ﺳﺘﻮﻧﻬﺎ را ﺑﺪون اﻓﺰاﯾﺶ قابل‌توجه وزن اﻓﺰاﯾﺶ می‌دهند. ﻟﯿﮑﻦ ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﺧﺼﻮﺻﯿﺎت ﻣﺬﮐﻮر در سال‌های اﺧﯿﺮ ﺗﺤﻘﯿﻘﺎﺗﯽ ﺑﺮای اﺳﺘﻔﺎده ازاین‌گونه ﻣﻮاد در سازه‌های ﻓﻮﻻدی ﻧﯿﺰ در ﺣﺎل اﺟﺮاﺳﺖ. سازه‌های ﻓﻮﻻدی به‌خصوص در ﺷﺮاﯾﻂ ﻣﺤﯿﻄﯽ ﮐﻪ ﺗﺤﺖ ﺻﺪﻣﺎﺗﯽ از ﻗﺒﯿﻞ ﺧﻮردﮔﯽ ﻗﺮار می‌گیرند ﻧﯿﺎزﻣﻨﺪ ﺗﺮﻣﯿﻢ و ﮔﺎﻫﯽ مقاوم‌سازی و ﺗﻘﻮﯾﺖ ﺧﻮاﻫﻨﺪ ﺑﻮد. از ﻃﺮﻓﯽ ﺑﺎﯾﺪ ﺗﻮﺟﻪ داﺷﺖ ﮐﻪ اﺳﺘﻔﺎده از ﻓﻮﻻد و اﻋﻀﺎء ﻓﻮﻻدی در سازه‌هایی ﻧﻈﯿﺮ پل‌ها و دکل‌ها ﻧﯿﺰ قابل‌توجه اﺳﺖ ﮐﻪ درنتیجه ﺗﻮﺟﻪ ﺑﯿﺸﺘﺮی را می‌طلبد.  در سازه‌هایی ﻧﻈﯿﺮ پل‌ها ﻫﺰﯾﻨﻪ ﺗﻌﻤﯿﺮ و مقاوم‌سازی در ﺑﺴﯿﺎری از ﻣﻮارد ﺧﯿﻠﯽ ﮐﻤﺘﺮ از ﺟﺎﯾﮕﺰﯾﻨﯽ پل‌ها می‌باشد. درمجموع ﺗﻌﻤﯿﺮ و مقاوم‌سازی ﻣﻌﻤﻮﻻً زﻣﺎن ﮐﻤﺘﺮ و ﮐﺎﻫﺶ ﻗﻄﻊ ﺳﯿﺴﺘﻢ خدمات‌رسانی را ﺑﻪ ﻫﻤﺮاه دارد. عمده‌ترین ﻧﻘﺺ روش‌های ﺳﻨﺘﯽ ﺗﻌﻤﯿﺮ دوام )اﺛﺮات ﺧﻮردﮔﯽ به‌طور ﻋﻤﺪه(، ﻧﯿﺎز ﺑﻪ اﺑﺰار ﻣﻨﺎﺳﺐ ﺟﻬﺖ ﻗﺮار دادن ﺻﻔﺤﻪ در ﻣﻮﻗﻌﯿﺖ ﻣﻮردﻧﻈﺮ، ﺳﺎزﮔﺎری و ﻣﻄﺎﺑﻘﺖ ﮐﻢ صفحه‌های ﻓﻮﻻدی ﺑﺮای ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺘﻦ در مکان‌های ﭘﯿﭽﯿﺪه ﺑﺎ ﻫﻨﺪﺳﻪ ﭘﯿﭽﯿﺪه ﯾﺎ ﺧﻤﯿﺪه و اﻓﺰاﯾﺶ وزن ﺑﺎر ﺳﺎزه می‌باشد. به‌علاوه ﺳﯿﺴﺘﻢ ﻣﻤﮑﻦ اﺳﺖ ﺑﻪ ﻋﻠﺖ ﺗﻤﺮﮐﺰ ﺗﻨﺶ ﺑﻪ ﺳﺒﺐ ﺟﻮش دادن و ﺳﻮراخ ﮐﺮدن ﺟﻬﺖ ﻗﺮار دادن ﭘﯿﭻ، در ﻣﻘﺎﺑﻞ ﺧﺴﺘﮕﯽ دارای ﺣﺴﺎﺳﯿﺖ ﺷﻮد. . ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ اﯾﻦ ﻣﻮارد ﻣﻌﺎﯾﺐ روش‌های ﺳﻨﺘﯽ عبارت‌اند از:

1. روش ﺑﺎ ﮐﺎر ﺳﺨﺖ و زمان‌بر می‌باشد.
2. ﻧﯿﺎز ﺑﻪ ﺳﻮراخ ﮐﺮدن ﺑﺎ ﻣﺘﻪ و ﮔﺴﺘﺮش ﻓﻀﺎی ﻻزم ﮐﻪ ﺑﺮای اﯾﺠﺎد ﺗﻤﺮﮐﺰ ﺗﻨﺶ ﻣﻨﺎﺳﺐ می‌باشد.
3. رفت‌وآمد و ﺧﺪﻣﺎت ﺳﺎزه ﺑﺎﯾﺪ ﺑﺮای ﯾﮏ دوره زﻣﺎﻧﯽ ﻧﺎﻣﻌﻠﻮم ﺑﺴﺘﻪ ﺑﺎﺷﺪ.
4. ﺑﺎﻋﺚ اﯾﺠﺎد ﭘﺘﺎﻧﺴﯿﻞ ﻻزم ﺑﺮای اﯾﺠﺎد ﺧﺴﺘﮕﯽ ﻧﺎﺷﯽ از ﺟﻮش و ﺗﺮک در اﻧﺘﻬﺎی ﭘﻮﺷﺶ ﻓﻠﺰی ﻣﯽ ﺷﻮد.
5. ﺑﺎﻋﺚ اﻓﺰاﯾﺶ وزن ﻋﻀﻮ ﮐﻪ اﯾﻦ ﻣﻨﺠﺮ ﺑﻪ ﮐﺎﻫﺶ ﻇﺮﻓﯿﺖ ﺑﺎرﺑﺮی ﻋﻀﻮ و اﻓﺰاﯾﺶ تغییر شکل می‌شوند.

ﺧﺼﻮﺻﯿﺎت ﻓﯿﺰﯾﮑﯽ و ﻣﮑﺎﻧﯿﮑﯽ ﻣﻤﺘﺎز ورق‌های FRP آن را به‌عنوان ﯾﮏ اﻧﺘﺨﺎب ﻋﺎﻟﯽ ﺟﻬﺖ ﺗﻌﻤﯿﺮ و مقاوم‌سازی ﺑﺮﮔﺰﯾﺪه اﺳﺖ.FRP ﻫﺎ از اﻟﯿﺎف ﺑﺎ ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﺑﺎﻻ ﻣﺎﻧﻨﺪ ﺷﯿﺸﻪ، ﮐﺮﺑﻦ و ﮐﻮﻻر ﮐﻪ ﺑﻪ ﺻﻮرت رزﯾﻦ ﻣﺎﺗﺮﯾﺴﯽ در ﮐﻨﺎر ﻫﻢ قرارگرفته اﻧﺪ، تشکیل‌شده‌اند. اﺳﺘﻔﺎده ازاین‌گونه ورق‌ها ﺟﻬﺖ مقاوم‌سازی اﻋﻀﺎء سازه‌ها اﻣﺮوزه راﯾﺞ ﺷﺪه اﺳﺖ و به‌عنوان ﯾﮏ ﺗﮑﻨﯿﮏ مؤثر مورداستفاده ﻗﺮار می‌گیرد. اﺳﺘﻔﺎده از ورق‌هایCFRP  دارای ﻓﻮاﯾﺪی می‌باشند ﮐﻪ عبارت‌اند از:

1. روش اﺟﺮا ﺧﯿﻠﯽ ﺳﺎده اﺳﺖ و اﺑﺰار اﺟﺮاﯾﯽ آن ﻧﯿﺰ ﺳﺎده اﺳﺖ.
2. ﻗﻄﻊ خدمات‌رسانی ﺳﺎزه در ﮐﻤﺘﺮﯾﻦ ﺳﻄﺢ می‌باشد.
3. اﯾﻦ روش اﺟﺎزه می‌دهد ﺗﺎ ﻇﺮﻓﯿﺖ ﺑﺎرﺑﺮی و ﺳﺨﺘﯽ اﻋﻀﺎء ﺧﻮرده ﺷﺪه ﺑﺪون اﺿﺎﻓﻪ ﺷﺪن قابل‌ملاحظه وزن اﻓﺰاﯾﺶ ﯾﺎﺑﺪ.

از ﻃﺮﻓﯽ اﺳﺘﻔﺎده از ﻣﺼﺎﻟﺢ CFRP دارای ﻣﻌﺎﯾﺒﯽ ﻧﯿﺰ می‌باشد ﮐﻪ ﻋﺒﺎرت اﺳﺖ از اﯾﻨﮑﻪ ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ اﯾﻨﮑﻪ ضعیف‌ترین ﺑﺨﺶ اﯾﻦ ﻧﻮع مقاوم‌سازی، ﭼﺴﺐ اﺗﺼﺎل می‌باشد ﻣﻮﻓﻘﯿﺖ اﺗﺼﺎل مقاوم‌سازی ﮐﺎﻣﻼً ﺑﺴﺘﮕﯽ ﺑﻪ ﮐﯿﻔﯿﺖ و ﯾﮑﭙﺎرﭼﮕﯽ اﺗﺼﺎل ﮐﺎﻣﭙﻮزﯾﺖ- ﻓﻮﻻد و ﺗﺄﺛﯿﺮ ﭼﺴﺐ مورداستفاده دارد ﮐﻪ اﻟﺒﺘﻪ اﯾﻦ ﻧﻘﺺ ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ چسب‌های تولیدشده ﻣﺨﺘﻠﻒ و باکیفیت ﻋﺎﻟﯽ ﮐﻪ درحال‌توسعه می‌باشد دﯾﮕﺮ به‌عنوان ﻧﻘﺺ ﺗﻠﻘﯽ نمی‌شود.

ﻣﺼﺎﻟﺢ FRP

اﻟﯿﺎف به‌کاررفته در سیستم‌های Fiber Reinforced Polymer) FRP) ﻋﻤﻮﻣﺎً در ﺳﻪ ﮔﺮوه زﯾﺮ ﺗﻮﻟﯿﺪ و در دﺳﺘﺮس می‌باشند: اﻟﯿﺎف ﮐﺮﺑﻦ(Carbon Fiber)- اﻟﯿﺎف شیشه‌ای(Glass Fibers) – اﻟﯿﺎف آراﻣﯿﺪی(Aramid Fibers) .

ﺑﺪون ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﻧﻮع ﻓﯿﺒﺮﻫﺎ و ﯾﺎ روش ﺳﺎﺧﺘﻦ آن‌ها ﻫﺮ ﺳﻪ ﻧﻮع اﯾﻦ کامپوزیت‌ها رﻓﺘﺎر ﺗﻨﺶ- ﮐﺮﻧﺶ ﯾﮑﺴﺎﻧﯽ از ﺧﻮد ﻧﺸﺎن می‌دهند و این‌یکی از ویژگی‌های ﺑﺴﯿﺎر ﻣﻬﻢ کامپوزیت‌های FRP در اﺳﺘﻔﺎده ﺳﺎزهای آن‌ها می‌باشد. ﻧﻤﻮدار ﺷﮑﻞزیر منحنی‌های ﺗﻨﺶ– ﮐﺮﻧﺶ را ﺑﺮای ﻓﻮﻻد ﻧﺮم و ﮐﺎﻣﭙﻮزﯾﺖ- هانشان می‌دهد.

ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﻧﻤﻮدار ﻣﻌﻠﻮم می‌شود ﮐﻪ رﻓﺘﺎر ﻣﺼﺎﻟﺢ CFRP در ﻧﺎﺣﯿﻪ اﻻﺳﺘﯿﮏ ﺧﯿﻠﯽ ﻧﺰدﯾﮏ ﺑﻪ رﻓﺘﺎر ﻓﻮﻻد می‌باشد و ﺑﻪ ﻫﻤﯿﻦ ﺧﺎﻃﺮ ﮐﺎرﺑﺮد

ﻣﺼﺎﻟﺢ CFRP در سازه‌های ﻓﻮﻻدی ﺑﯿﺸﺘﺮ از ﺑﻘﯿﻪ ﻣﺼﺎﻟﺢ می‌باشد. ﺗﻮﻟﯿﺪ ﻟﻤﯿﻨﯿﺖﻫﺎی CFRP ﺑﺎ ﻣﺪول اﻻﺳﺘﯿﺴﯿﺘﻪ ﺑﺎﻻ و ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﮐﺸﺸﯽ ﺧﯿﻠﯽ زﯾﺎد از دﯾﮕﺮ ﻋﻠﻞ ﮐﺎرﺑﺮد ﺑﯿﺸﺘﺮ اﯾﻦ ﻣﺼﺎﻟﺢ در سازه‌های ﻓﻮﻻدی می‌باشد.

ﺑﺮای ﭼﺴﺒﺎﻧﺪن ﻣﺼﺎﻟﺢ FRP از چسب‌های اﭘﻮﮐﺴﯽ اﺳﺘﻔﺎده می‌شود. اﯾﻦ چسب‌ها از ﺗﺮﮐﯿﺐ ﯾﮏ رزﯾﻦ اﭘﻮﮐﺴﯽ (ﭘﻠﯿﻤﺮ) ﺑﺎ ﯾﮏ سخت‌کننده  ﺑﻪ دﺳﺖ می‌آیند. ﻣﺘﻨﺎﺳﺐ ﺑﺎ ﻧﯿﺎزﻫﺎی اﺟﺮاﯾﯽ اﯾﻦ چسب‌ها ﻣﻤﮑﻦ اﺳﺖ ﺷﺎﻣﻞ پرکننده‌ها، ﻣﻮاد روان ﮐﻨﻨﺪه، ﻣﻮاد سخت‌کننده ﯾﺎ زود ﮔﯿﺮ ﺑﺎﺷﻨﺪ.

ﮐﺎرﺑﺮد ﻣﺼﺎﻟﺢFRP  در سازه‌های ﻓﻮﻻدی

ﮐﺎرﺑﺮدﻫﺎی ﺑﺴﯿﺎر زﯾﺎدی از ﻣﺼﺎﻟﺢ FRP ﭼﺴﺒﺎﻧﺪه ﺷﺪه ﺑﻪ سازه‌های ﻓﻠﺰی ﺑﺨﺼﻮص ﻓﻮﻻد و ﭼﺪن وﺟﻮد دارد. اﺑﺘﺪا ﺑﻪ ﭼﻨﺪ ﻣﻮرد از ﮐﺎرﺑﺮد ﻣﺼﺎﻟﺢ FRP در سازه‌های ﻓﻠﺰی اﺷﺎره می‌کنیم و درنهایت ﺑﻪ ﺗﺸﺮﯾﺢ ﮐﺎرﺑﺮد ﻟﻤﯿﻨﯿﺖﻫﺎی CFRP در ﺗﻘﻮﯾﺖ تیرورق‌های ﻓﻮﻻدی ﺧﻮاﻫﯿﻢ ﭘﺮداﺧﺖ.

ﮐﺎرﺑﺮد FRP در پل‌های ﻓﻮﻻدی و ﭼﺪﻧﯽ

ﭼﻨﺪﯾﻦ ﻣﻮرد ﮐﺎرﺑﺮد ورق‌هایCFRP  در ﺗﻘﻮﯾﺖ پل‌های ﻓﻮﻻدی و ﭼﺪﻧﯽ وﺟﻮد دارد ﮐﻪ می‌توان آن‌ها را ﺑﻪ ﺳﻪ دﺳﺘﻪ ﮐﻠﯽ ﺗﻘﺴﯿﻢ ﻧﻤﻮد. دﺳﺘﻪ اول ﺷﺎﻣﻞ سازه‌های ﭼﺪﻧﯽ ﻫﺴﺘﻨﺪ ﮐﻪ ﺟﺰء آﺛﺎر ﺗﺎرﯾﺨﯽ ﻣﺤﺴﻮب می‌گردند. ﭼﺪن ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻪ ﻓﻮﻻد رﻓﺘﺎر ﺑﺴﯿﺎر ﺗﺮدﺗﺮی داﺷﺘﻪ و ﻫﯿﭻ ﻧﻘﻄﻪ ﺗﺴﻠﯿﻤﯽ ﺑﺮای آن وﺟﻮد ﻧﺪارد. ﻋﻼوه ﺑﺮ اﯾﻦ ﺗﮑﻨﻮﻟﻮژی ﺳﺎﺧﺖ در زﻣﺎن ﻗﺪﯾﻢ ﺑﮕﻮﻧﻪای ﺑﻮده ﮐﻪ اﯾﻦ سازه‌ها دارای سوراخ‌های ﻣﺘﻌﺪد ﺑﻮده و ﻧﺎﺧﺎﻟﺼﯽ ﻣﺼﺎﻟﺢ ﻧﯿﺰ در ﺣﺪ زﯾﺎدی در آن‌ها دﯾﺪه می‌شود ﻫﺮ دو اﯾﻦ ﻣﻮارد ﻣﻮﺟﺐ می‌شوند رده ﺧﺴﺘﮕﯽ اﯾﻦ ﻧﻮع سازه‌ها ﺑﺴﯿﺎر ﭘﺎﯾﯿﻦ ﺑﻮده و خرابی‌های ﻧﺎﺷﯽ از ﺗﻤﺮﮐﺰ ﺗﻨﺶ در آن‌ها ﺑﻪ وﻓﻮر اﺗﻔﺎق ﺑﯿﺎﻓﺘﺪ. دﺳﺘﻪ دوم پل‌های ﻓﻮﻻدی ﺟﺪﯾﺪ ﻫﺴﺘﻨﺪ ﮐﻪ در ﺳﻄﻮح ﻣﺨﺘﻠﻒ ﺧﺮاﺑﯽ ﻗﺮار دارﻧﺪ. دﺳﺘﻪ ﺳﻮم ﻣﻮاردی ﻫﺴﺘﻨﺪ ﮐﻪ در آن‌ها تاندون‌های غیر چسبیدهCFRP  ﺑﺮای پس تنیدگی ﯾﮏ ﺳﺎزه ﻓﻮﻻدی ﺑﮑﺎر ﮔﺮﻓﺘﻪ می‌شوند. ﻫﺮﭼﻨﺪ ﮐﺎرﺑﺮد اﯾﻦ روش ﮐﺎﻣﻼً ﻣﺘﻔﺎوت از دﯾﮕﺮ ﻣﻮارد اﺳﺖ ﮐﻪ در آن‌ها از اﻋﻀﺎی ﮐﺸﺸﯽ ﭼﺴﺒﯿﺪه ﺑﻪ ﻓﻮﻻد اﺳﺘﻔﺎده می‌شود. ﺗﻘﻮﯾﺖ و ﺗﺮﻣﯿﻢ پل‌های ﻓﻮﻻدی ﺑﻪ صورت‌های ﻣﺨﺘﻠﻒ ازجمله ﺗﻘﻮﯾﺖ ﺧﻤﺸﯽ ﺗﯿﺮﻫﺎی ﺑﺎرﺑﺮ، ﺗﻘﻮﯾﺖ ﺑﺮﺷﯽ ﺟﺎن ﺗﯿﺮﻫﺎی ﺑﺎرﺑﺮ، اﻓﺰاﯾﺶ ﻇﺮﻓﯿﺖ ﭘﺎﯾﺪاری ستون‌های ﭘﺎﯾﻪ پل‌ها و ﺗﺮﻣﯿﻢ اﻋﻀﺎﯾﯽ ﮐﻪ در اﺛﺮ ﺧﻮردﮔﯽ دﭼﺎر ﮐﺎﻫﺶ ﺳﻄﺢ ﻣﻘﻄﻊ شده‌اند، می‌باشد ﮐﻪ در ﺗﻤﺎﻣﯽ روش‌ها اﻓﺰاﯾﺶ ﺳﺨﺘﯽ و ﻇﺮﻓﯿﺖ ﻧﻬﺎﯾﯽ پل‌ها ﻣﺪﻧﻈﺮ می‌باشد. شاه‌تیرهای ﻓﻮﻻدی پل‌ها به‌طور ﺧﺎص، ازجمله‌ی سازه‌ها می‌باشند ﮐﻪ ﺗﺤﺖ اﺛﺮ ﺧﻮردﮔﯽ دﭼﺎر ﮐﺎﻫﺶ ﺳﻄﺢ ﻣﻘﻄﻊ و ﯾﺎ در اﺛﺮ ﺧﺴﺘﮕﯽ دﭼﺎر ترک‌خوردگی می‌شوند. در ﻣﯿﺎن اﻧﻮاع ﻣﺨﺘﻠﻒ پل‌ها، پل‌های راه‌آهن ﺑﻪ ﻋﻠﺖ بزرگ‌تر ﺑﻮدن ﺑﺎرﻫﺎی زﻧﺪه و ﺗﻌﺪاد ﺗﮑﺮار زﯾﺎد ﺑﺎر در آن‌ها ﺑﯿﺸﺘﺮ در ﻣﻌﺮض ﺧﻄﺮ ﺧﺴﺘﮕﯽ می‌باشند. در اﯾﻦ ﻣﻮارد ﻫﺪف رﺳﯿﺪن به‌سختی و ﻣﻘﺎوﻣﺖ اوﻟﯿﻪ ﺗﯿﺮﻫﺎ در ﻃﺮح می‌باشد. ﮐﺎرﺑﺮد ورق‌هایCFRP  ﻣﻮﺟﺐ ﮐﺎﻫﺶ ﺗﻤﺮﮐﺰ ﺗﻨﺶ در ﻧﻮک ترک‌ها ﺷﺪه و ﺑﺎ ﮐﺎﻫﺶ ﺳﺮﻋﺖ ﮔﺴﺘﺮش ﺗﺮک، ﻋﻤﺮ ﻣﻔﯿﺪ ﺗﯿﺮ را اﻓﺰاﯾﺶ می‌دهند. به‌عنوان ﻧﻤﻮﻧﻪ ﭘﻞ ﭘﻮﺗﺎواﺗﺎﻣﯽ ﮐﺎﻧﺘﯽ در ژاﭘﻦ در ﺳﺎل1938  ساخته‌شده و در ﺳﺎل1976  ﺑﺎ اﻓﺰودن ﺗﯿﺮﻫﺎی اﺿﺎﻓﯽ عریض‌تر ﺷﺪه اﺳﺖ. ﺑﺮای ﺗﻘﻮﯾﺖ ﺧﻤﺸﯽ اﯾﻦ ﭘﻞ ورق‌هایCFRP  ﺑﻪ ﺑﺎل ﮐﺸﺸﯽ ﭼﺴﺒﺎﻧﺪه ﺷﺪﻧﺪ ﮐﻪ ﻣﻨﺠﺮ ﺑﻪ ﮐﺎﻫﺶ تنش‌های ایجادشده در ﺗﯿﺮﻫﺎی ﺑﺎرﺑﺮ ﺳﺎزه و اﻓﺰاﯾﺶ ﻇﺮﻓﯿﺖ ﻧﻬﺎﯾﯽ ﭘﻞ ﺷﺪ. ﻧﺎﺣﯿﻪ ﮐﺸﺸﯽ ﺗﯿﺮﻫﺎ در وﺳﻂ ﺗﻮﺳﻂ لایه‌های ﻣﺘﻔﺎوت CFRP ﺗﻘﻮﯾﺖ ﺷﺪﻧﺪ: دهانه‌ی اﻧﺘﻬﺎﯾﯽ ﻏﺮﺑﯽ ﺑﺎ یک‌لایه ، دﻫﺎﻧﻪ وﺳﻂ ﺑﺎ دولایه و دﻫﺎﻧﻪ  اﻧﺘﻬﺎﯾﯽ ﺷﺮﻗﯽ ﺑﺎ ﺳﻪ ﻻﯾﻪ)ﺷﮑﻞ5(.

ﻫﻤﭽﻨﯿﻦ اوﻟﯿﻦ ﺳﺎزه ﻓﻮﻻدی ﺟﻬﺎن ﮐﻪ ﺑﺎ ورق‌های ﭘﯿﺸﺘﻨﯿﺪهCFRP  مقاوم‌سازی ﮔﺮدﯾﺪ ﭘﻞ ﭼﺪﻧﯽ ﻫﺎﯾﺘﯽ در اﻧﮕﻠﺴﺘﺎن ﺑﻮد. ﺗﻘﻮﯾﺖ اﯾﻦ ﭘﻞ ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ورق‌های پیش‌تنیده CFRP ﺑﻪ ﺷﮑﻞ موفقیت‌آمیزی اﻧﺠﺎم ﮔﺮﻓﺖ؛ ﺑﮕﻮﻧﻪای ﮐﻪ در ﺑﺎرﻫﺎی ﻋﺎدی ﺗﺮاﻓﯿﮑﯽ هیچ‌گونه ﮐﺸﺸﯽ در ﭼﺪن اﯾﺠﺎد نمی‌شد. ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﺗﺤﻘﯿﻘﺎت ﺗﻌﺪاد لایه‌های FRP، ﻃﻮل لایه‌ها، ﻣﺪول اﻻﺳﺘﯿﺴﯿﺘﻪ و ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﮐﺸﺸﯽ ورق‌های FRP و ﻧﻮع ﭼﺴﺐ اﭘﻮﮐﺴﯽ ﺑﮑﺎر رﻓﺘﻪ از ﻋﻮاﻣﻞ مؤثر در  ﻓﺮآﯾﻨﺪ ﺗﻘﻮﯾﺖ پل‌ها می‌باشند.

ﮐﺎرﺑﺮد FRP در ﻣﺨﺎزن و لوله‌های ﻓﻮﻻدی

ﺧﻮردﮔﯽ ﻧﺎﺷﯽ از ﻋﻮاﻣﻞ ﻣﺤﯿﻄﯽ ﻣﻮﺟﺐ ﮐﺎﻫﺶ ﺿﺨﺎﻣﺖ ورق‌های ﻓﻮﻻدی ﻣﺨﺎزن و لوله‌ها می‌شود. دورﭘﯿﭻ ﮐﺮدن ورق‌های FRP در لوله‌ها و ﻣﺨﺎزن ﻓﻮﻻدی ﺑﺮای ﺟﻠﻮﮔﯿﺮی از ﮐﻤﺎﻧﺶ ﻣﻮﺿﻌﯽ و ﮐﻤﺎﻧﺶ ﺧﺎرج از ﺻﻔﺤﻪ ﻧﺎﺷﯽ از ﺑﺎرﻫﺎی ﻓﺸﺎری در ﺣﯿﻦ زﻟﺰﻟﻪ، ﮐﺎﻫﺶ تنش‌های ایجادشده در جداره‌ها و ﻫﻤﭽﻨﯿﻦ اﻓﺰاﯾﺶ ﻇﺮﻓﯿﺖ ﺗﺤﻤﻞﺷﺎن ﺑﮑﺎر می‌رود. در ﺗﻘﻮﯾﺖ لوله‌ها و ﻣﺨﺎزن ﻓﻮﻻدی ﺿﺨﺎﻣﺖ ورق‌های ﺑﮑﺎر رﻓﺘﻪ اﻫﻤﯿﺖ زﯾﺎدی دارد ﭼﺮاﮐﻪ ﺑﺎ ﺑﯿﺸﺘﺮ ﺷﺪن ﺗﻌﺪاد لایه‌های ﭼﺴﺒﺎﻧﺪه ﺷﺪه شکل‌پذیری ﻧﯿﺰ ﮐﺎﻫﺶ ﺧﻮاﻫﺪ ﯾﺎﻓﺖ. ﺑﻪ ﻫﻤﯿﻦ ﺧﺎﻃﺮ ﯾﮏ ﺣﺪی ﺑﺮای ﺿﺨﺎﻣﺖ لایه‌های ﭼﺴﺒﺎﻧﺪه ﺷﺪه وﺟﻮد دارد. ﻫﻤﭽﻨﯿﻦ ﺧﺮاﺑﯽ ﻣﺸﻬﻮری ﮐﻪ در ﺑﯿﺸﺘﺮ ﻣﺨﺎزن ﻓﻮﻻدی در ﺣﯿﻦ زﻟﺰﻟﻪ ﻣﺸﺎﻫﺪه می‌شود ﺧﺮاﺑﯽ elephant’s foot buckling می‌باشد ﮐﻪ ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ورق‌های FRP می‌توان ﺑﺎ اﯾﻦ ﺧﺮاﺑﯽ ﺗﺎ ﺣﺪ زﯾﺎدی ﻣﻘﺎﺑﻠﻪ ﮐﺮد. آﻗﺎی ﻧﺎﮐﺎﻗﻮﺷﯽ و ﻫﻤﮑﺎراﻧﺸﺎن در ﺳﺎل 2000 از ورق‌هایHM-CFRP  )ورق ﻫﺎی ﺑﺎ ﻣﺪول اﻻﺳﺘﯿﺴﯿﺘﻪ ﺑﺎﻻ( در ﻣﻘﺎومﺳﺎزی ﻣﺨﺎزن ﻓﻮﻻدی ﺑﻪ ﻗﻄﺮ1.9 و  ارﺗﻔﺎع27  ﻣﺘﺮ به‌عنوان ﻗﺴﻤﺘﯽ از ﯾﮏ ﻃﺮح ﺻﻨﻌﺘﯽ ﺑﮑﺎر ﮔﺮﻓﺘﻨﺪ. مقاوم‌سازی در ﭼﻬﺎر ﻣﺘﺮ ﻓﻮﻗﺎﻧﯽ ﻣﺨﺰن ﮐﻪ دﭼﺎر ﺑﯿﺸﺘﺮﯾﻦ ﺧﻮردﮔﯽ ﺷﺪه ﺑﻮده و ﻫﻤﭽﻨﯿﻦ6  ﻣﺘﺮ ﺗﺤﺘﺎﻧﯽ ﻣﺨﺰن ﺑﺮای ﻣﻘﺎوﻣﺖ در ﺑﺮاﺑﺮ ﮐﻤﺎﻧﺶ در ﻫﻨﮕﺎم زﻟﺰﻟﻪ اﻧﺠﺎم ﺷﺪ ﮐﻪ ﻧﺘﺎﯾﺞ ﺧﻮﺑﯽ را ﻧﺸﺎن دادﻧﺪ. ﻫﻤﭽﻨﯿﻦ آﻗﺎﯾﺎن ﺗﻨﮓ و ﻫﻮ در ﺳﺎل2004  ﺗﺄﺛﯿﺮ ﻣﺤﺼﻮر ﮐﺮدن لوله‌های ﻓﻮﻻدی داﯾﺮوی ﺑﺎ لایه‌هایGFRP  را در ﺟﻠﻮﮔﯿﺮی از ﮐﻤﺎﻧﺶ را ﻧﺸﺎن دادﻧﺪ.آزمایش‌ها ﺑﯿﺎﻧﮕﺮ اﯾﻦ ﻣﻮﺿﻮع ﺑﻮدﻧﺪ ﮐﻪ دورﭘﯿﭻﻫﺎ می‌توانند از ﮐﻤﺎﻧﺶ ﺧﺎرج از ﺻﻔﺤﻪ ﮐﻪ در ﻧﻤﻮﻧﻪﻫﺎی ﻣﻘﺎوم ﻧﺸﺪه دﯾﺪه ﺷﺪه ﺑﻮد ﺟﻠﻮﮔﯿﺮی ﻧﻤﺎﯾﻨﺪ. ﻧﺘﯿﺠﻪ ﺟﺎﻟﺐ اﯾﻦ ﺑﻮد ﮐﻪ اﮐﺜﺮ ﻓﻮاﯾﺪ ایجادشده ﻧﺎﺷﯽ از دورﭘﯿﭻ ﮐﺮدن ﺗﻨﻬﺎ ﺑﺎ یک‌لایه دورﭘﯿﭻ ﻧﯿﺰ ﺑﺪﺳﺖ ﻣﯽآﯾﺪ.

.3-3ﮐﺎرﺑﺮد FRP در ﺗﯿﺮﻫﺎی ﮐﺎﻣﭙﻮزﯾﺘﯽ و تیرورق‌های ﻓﻮﻻدی ﺗﻘﻮﯾﺖ ﺗﯿﺮﻫﺎی ﻓﻮﻻدی ﺑﺎ ﻣﺼﺎﻟﺢ ﮐﺎﻣﭙﻮزﯾﺘﯽ را ﺑﻪ دو ﻗﺴﻤﺖ ﺗﻘﻮﯾﺖ ﺗﯿﺮﻫﺎی ﺳﺎﻟﻢ و ﺗﯿﺮﻫﺎی آﺳﯿﺐدﯾﺪه می‌توان ﺗﻔﮑﯿﮏ ﮐﺮد. ﺑﺨﺷﯽ از ﺗﺤﻘﯿﻘﺎت اﻧﺠﺎم ﺷﺪه در زﻣﯿﻨﻪ ﻣﻘﺎومﺳﺎزی ﺗﯿﺮﻫﺎی ﻓﻮﻻدی ﺳﺎﻟﻢ ﺑﺎ ﻣﻮاد ﭘﻠﯿﻤﺮ ﮐﺎﻣﭙﻮزﯾﺖ، ﻣﺮﺑﻮط ﺑﻪ ﺗﯿﺮﻫﺎی ﻓﻮﻻدی ﻣﺮﮐﺐ ﺑﺎ دال ﺑﺘﻨﯽ می‌باشد. اﯾﻦ ﻧﻮع ﺗﯿﺮﻫﺎ ﮐﺎرﺑﺮد ﻓﺮاواﻧﯽ در سازه‌های ﭘﻞ و ﺳﺎﺧﺘﻤﺎن دارﻧﺪ. ﻣﺰﯾﺖ اﯾﻦ ﻧﻮع ﺗﯿﺮﻫﺎ در اﺳﺘﻔﺎده ﻓﻮﻻد در ﮐﺸﺶ و ﺑﺘﻦ در ﻓﺸﺎر می‌باشد و ﻋﻼوه ﺑﺮ اﯾﻦ دال ﺑﺘﻨﯽ وﻇﯿﻔﻪ ﻣﻬﺎر ﺟﺎﻧﺒﯽ ﺑﺎل ﻓﺸﺎری را ﻧﯿﺰ ﺑﻌﻬﺪه دارد. ﺗﺤﻘﯿﻘﺎت اﻧﺠﺎم ﺷﺪه ﻧﺸﺎﻧﺪﻫﻨﺪه ﮐﺎراﯾﯽ روش ﻣﻘﺎومﺳﺎزی ﺗﯿﺮﻫﺎی ﻣﺨﺘﻠﻂ ﻓﻮﻻد و ﺑﺘﻦ ﺑﺎ ﻣﻮادFRP  در ﺑﻬﺒﻮد ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﻧﻬﺎﯾﯽ آن‌ها می‌باشد، اﻣﺎ ﺳﺨﺘﯽ آن‌ها ﺑﻪ ﻣﻘﺪار ﮐﻤﯽ اﻓﺰاﯾﺶ ﻣﯽﯾﺎﺑﺪ. ﺑﺮای ﻧﻤﻮﻧﻪ ﺗﻮﮐﻠﯽزاده و ﺳﻌﺎدتﻣﻨﺶ ﺗﺤﻘﯿﻘﺎت ﺗﺤﻠﯿﻠﯽ و ﺗﺠﺮﺑﯽ روی ﺗﯿﺮﻫﺎی ﻓﻮﻻدی W14×30 ﻣﺨﺘﻠﻂ ﺑﺎ ﺑﺘﻦ اﻧﺠﺎم دادﻧﺪ)ﺷﮑﻞ۴(. آن‌ها دو ردﯾﻒ ورق CFRP ﺑﻪ ﻋﺮض57  ﻣﯿﻠﯽﻣﺘﺮ و ﺿﺨﺎﻣﺖ1.72  ﻣﯿﻠﯽﻣﺘﺮ روی ﺑﺎل ﮐﺸﺸﯽ در دو ﻃﺮف ﺟﺎن ﭼﺴﺒﺎﻧﺪﻧﺪ. ورق‌های CFRP از ﺳﻪ ﻧﻮع ﯾﮏﻻﯾﻪ، ﺳﻪﻻﯾﻪ و ﭘﻨﺞﻻﯾﻪ مورداستفاده ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺘﻨﺪ. آزﻣﺎﯾﺶ ﺧﻤﺶ ﭼﻬﺎرﻧﻘﻄﻪای روی ﺗﯿﺮﻫﺎی ﺑﻪ ﻃﻮل4780  ﻣﯿﻠﯽﻣﺘﺮ اﻧﺠﺎم دادﻧﺪ و اﻓﺰاﯾﺶ ﺑﺎر ﻧﻬﺎﯾﯽ ﺑﺮای ﻧﻤﻮﻧﻪﻫﺎی ﻣﻘﺎومﺷﺪه ﺑﺎ یک‌لایه، ﺳﻪ ﻻﯾﻪ و ﭘﻨﺞ ﻻﯾﻪCFRP  ﺑﻪ ﺗﺮﺗﯿﺐ51 ،44  و76  درﺻﺪ ﺑﻮده اﺳﺖ. ﻫﻤﭽﻨﯿﻦ ﻣﻘﺪار ﮐﺮﻧﺶ ﮐﺸﺸﯽ در ﺑﺎلﻫﺎ در ﯾﮏ ﺳﻄﺢ ﺑﺎر ﻣﺸﺨﺺ، ﺑﺮای ﻧﻤﻮﻧﻪﻫﺎی ﯾﮏﻻﯾﻪ، ﺳﻪﻻﯾﻪ و ﭘﻨﺞﻻﯾﻪ ﺣﺪود39 ،21  و 53 درﺻﺪ ﮐﺎﻫﺶ ﯾﺎﻓﺘﻨﺪ و ﻧﯿﺰ ﻣﺸﺎﻫﺪه ﺷﺪ در ﻧﻤﻮﻧﻪﻫﺎی ﺑﺎ یک‌لایهCFRP ، ﻣﻘﺪار ﺗﻨﺶ ﻣﻮﺟﻮد در ورق ﺗﻘﻮﯾﺘﯽ ﺑﻌﺪ از ﺑﺎر ﻧﻬﺎﯾﯽ ﺣﺪود75  درﺻﺪ ﮐﺎﻫﺶ ﯾﺎﻓﺖ، در ﺣﺎﻟﯿﮑﻪ ﻣﻘﺪار ﻣﺘﻨﺎﻇﺮ ﺑﺮای ورﻗﻪﻫﺎی ﭘﻨﺞﻻﯾﻪ در ﺣﺪود42  درﺻﺪ ﺑﻮده اﺳﺖ.

ﺗﺤﻘﯿﻘﺎت ﻧﺸﺎن دادهاﻧﺪ ﮐﻪ ﺟﻬﺖ ﮐﺎراﯾﯽ ﻣﻨﺎﺳﺐ ورق‌های CFRP در ﺗﯿﺮﻫﺎی ﮐﺎﻣﭙﻮزﯾﺘﯽ ﻧﯿﺎزﻣﻨﺪ ﮐﺎرﺑﺮد لایه‌های ﺿﺨﯿﻤﺘﺮ می‌باشد. ﻫﻤﭽﻨﯿﻦ ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از اﯾﻦ ﺗﮑﻨﯿﮏ ﺳﺨﺘﯽ ﺗﯿﺮﻫﺎ در ﻣﺤﺪوده ی ﺑﻌﺪ اﻻﺳﺘﯿﮏ ﺗﺎ ﺣﺪ زﯾﺎدی اﻓﺰاﯾﺶ ﻣﯽ ﯾﺎﺑﺪ و ﺗﻐﯿﯿﺮ ﺷﮑﻞ ﺗﯿﺮﻫﺎی ﺗﻘﻮﯾﺖ ﺷﺪه در ﺣﺎﻟﺖ ﺧﺮاﺑﯽ اﻓﺰاﯾﺶ ﻣﯽﯾﺎﺑﺪ.

ورق‌های ﻓﻮﻻدی ﺑﺮای ﺗﻌﻤﯿﺮ و ﻣﻘﺎومﺳﺎزی سازه‌های ﻓﻮﻻدی ﻣﻮﺟﻮد، مورداستفاده ﻗﺮار می‌گیرند. اﻣﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﺟﺰﺋﯿﺎت ﺟﻮﺷﯽ اﺗﺼﺎل اﯾﻦ ورقﻫﺎ، ﺑﺎﻋﺚ می‌شود ﮐﻪ اﯾﻦ ﻧﻮع سازه‌های ﺗﻘﻮﯾﺖ ﺷﺪه در ﺑﺮاﺑﺮ ﺑﺎرﻫﺎی ﺧﺴﺘﮕﯽ ﺑﺴﯿﺎر ﺣﺴﺎس ﺑﺎﺷﻨﺪ. ﻣﻌﻤﻮﻻً در سازه‌های ﻓﻮﻻدی، ﺧﺴﺘﮕﯽ ﻣﻮﺟﺐ ترک‌خوردگی در اﻃﺮاف ﻧﻘﺎط ﺣﺴﺎس ﺑﻪ ﺧﺴﺘﮕﯽ می‌شود. ﺑﺮای ﺟﻠﻮﮔﯿﺮی از رﺷﺪ ﺗﺮک ﺳﻪ راهﺣﻞ ﻣﻮرد اﺷﺎره قرارگرفته اﺳﺖ: تنش‌های وارده ﺑﻪ ﻣﻘﻄﻊ ﮐﺎﻫﺶ ﭘﯿﺪا ﮐﻨﻨﺪ، ﺿﺮﯾﺐ ﺷﺪت ﺗﻨﺶ ﺑﺎ ﺗﻐﯿﯿﺮ ﻫﻨﺪﺳﻪ ﻧﻮک ﺗﺮک ﮐﺎﻫﺶ داده ﺷﻮد، و ﯾﺎ ﺿﺮﯾﺐ ﺷﺪت ﺗﻨﺶ ﻣﺆﺛﺮ ﺑﺎ ﺑﺎﻻ ﺑﺮدن اﺛﺮات ﺑﺴﺘﻪ ﺷﺪن ﺗﺮک ﮐﺎﻫﺶ داده ﺷﻮد. ﻣﺤﻘﻘﺎن ﺑﺴﯿﺎری ﮐﺎراﯾﯽ ورق‌های ﭼﺴﺒﺎﻧﺪه ﺷﺪهCFRP  را ﺑﺮای ﻣﻘﺎومﺳﺎزی در ﺑﺮاﺑﺮ ﺧﺴﺘﮕﯽ ﻣﻮرد ﺑﺮرﺳﯽ ﻗﺮار دادهاﻧﺪ. آزﻣﺎﯾﺶﻫﺎی اﻧﺠﺎم ﺷﺪه ﻧﺸﺎن دادهاﻧﺪ ورﻗﻬﺎیCFRP  ﻏﯿﺮﭘﯿﺶﺗﻨﯿﺪه ﻗﺎدر ﺑﻪ ﮐﺎﻫﺶ ﺳﺮﻋﺖ رﺷﺪ ﺗﺮک و اﻓﺰاﯾﺶ ﻋﻤﺮ ﺑﺎﻗﯿﻤﺎﻧﺪه ﻣﻘﻄﻊ می‌شوند. ﻫﻤﭽﻨﯿﻦ ﺗﺤﻘﯿﻘﺎت ﻧﺸﺎن دادهاﻧﺪ ﮐﻪ ﻫﺮﭼﻪ ﻃﻮل و ﻋﺮض ورﻗﻬﺎیFRP  ﺑﯿﺸﺘﺮ می‌شود، ﻋﻤﺮ ﺧﺴﺘﮕﯽ ﺗﯿﺮﻫﺎ ﻧﯿﺰ اﻓﺰاﯾﺶ ﻣﯽﯾﺎﺑﺪ و ورق‌های ﺑﺎ ﻣﺪول اﻻﺳﺘﯿﺴﯿﺘﻪ ﺑﺎﻻﺗﺮ ﮐﺎراﯾﯽ ﺑﺴﯿﺎر ﺑﻬﺘﺮی در اﻓﺰاﯾﺶ ﻋﻤﺮ ﺧﺴﺘﮕﯽ ﻧﻤﻮﻧﻪﻫﺎ دارﻧﺪ.

ﮐﺎرﺑﺮد ورﻗﻬﺎیFRP  در تیرورق‌های ﻓﻮﻻدی ﺑﺎﻋﺚ ﺑﻬﺒﻮد رﻓﺘﺎر ﺧﻤﺸﯽ و ﺑﺮﺷﯽﺷﺎن ﻣﺨﺼﻮﺻﺎ در ﻫﻨﮕﺎم ﻋﻤﻠﮑﺮد ﺧﺮﭘﺎﯾﯽ ﺗﯿﺮورقﻫﺎ می‌شود.

ﺗﺎﺛﯿﺮ ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﮐﺸﺸﯽ ﺑﺴﯿﺎر زﯾﺎد ورﻗﻬﺎیFRP  ﺑﺮ روی ﺑﺎل ﮐﺸﺸﯽ ﺗﯿﺮورﻗﻬﺎ ﺗﻮﺳﻂ ﻣﺤﻘﻘﯿﻦ ازجمله آﻗﺎی ﻃﻠﻌﺖ ﺳﻼﻣﺎ در داﻧﺸﮕﺎه ﺑﯿﺮﻣﻨﮕﺎم ﺑﺮرﺳﯽ ﺷﺪه  اﺳﺖ و ﻧﺘﺎﯾﺞ ﺗﺤﻘﯿﻘﺎت ﻧﺸﺎن دادهاﻧﺪ ﮐﻪ اﻓﺰاﯾﺶ ﺗﺎ ﺣﺪ60  درﺻﺪ ﻧﯿﺰ در ﻇﺮﻓﯿﺖ ﻧﻬﺎﯾﯽ ﺗﯿﺮورقﻫﺎ ﻗﺎﺑﻞ ﺣﺼﻮل اﺳﺖ.

ﺗﻘﻮﯾﺖ ﺑﺎل ﮐﺸﺸﯽ ﺗﯿﺮورق ﺑﺎ ﻟﻤﯿﻨﯿﺖCFRP

در اﯾﻦ ﻗﺴﻤﺖ ﺗﺎﺛﯿﺮ ﺗﻘﻮﯾﺖ ﺑﺎل ﮐﺸﺸﯽ تیرورق‌های ﻓﻮﻻدی ﺑﺎ ﻟﻤﯿﻨﯿﺖﻫﺎیCFRP  را ﺑﺮرﺳﯽ می‌کنیم. در اﯾﻦ ﺗﺤﻘﯿﻖ از ورق‌های CFRP ﺑﺎ ﻣﺪول اﻻﺳﺘﯿﺴﯿﺘﻪ ﻣﺘﻮﺳﻂ( ﻣﺪول اﻻﺳﺘﯿﺴﯿﺘﻪ در ﻣﺤﺪوده 200Gpa ﺗﺎ 230Gpa) ﺑﺮای ﺗﻘﻮﯾﺖ و اﻓﺰاﯾﺶ ﻇﺮﻓﯿﺖ تیرورق‌های ﻓﻮﻻدی در زﯾﺮ ﺑﺎل ﮐﺸﺸﯽ اﺳﺘﻔﺎده ﺷﺪه اﺳﺖ. از ﻧﺮم اﻓﺰار اﻟﻤﺎن ﻣﺤﺪود ABAQUS ﺑﺮای ﻣﺪل ﺳﺎزی ﻧﻤﻮﻧﻪﻫﺎ اﺳﺘﻔﺎده ﺷﺪه اﺳﺖ. تیرورق‌های ﻣﺪل ﺷﺪه ﺑﻪ ﻃﻮل 250cm ،ارﺗﻔﺎع ﺟﺎن ﺑﺮاﺑﺮ25 cm،  ﻋﺮض ﺑﺎل ﻫﺎ9  cm  ، دارای ﺗﮑﯿﻪ ﮔﺎه ﻫﺎی دو ﺳﺮ ﻣﻔﺼﻞ می‌باشند و ﺑﺮای ﺟﻠﻮﮔﯿﺮی از ﮐﻤﺎﻧﺶ ﺟﺎﻧﺒﯽ در راﺳﺘﺎی اﻓﻘﯽ در ﻓﻮاﺻﻞ 40cm ﻣﻬﺎر شده‌اند و ﺗﺤﺖ ﺑﺎر اﺳﺘﺎﺗﯿﮑﯽ ﻣﺘﻤﺮﮐﺰ ﺧﻄﯽ در وﺳﻂ دﻫﺎﻧﻪ قرارگرفتهاﻧﺪ. ﻣﻨﺤﻨﯽ ﺗﻨﺶ-ﮐﺮﻧﺶ ﻓﻮﻻد ﻫﻢ ﺑﻪ ﺻﻮرت اﻻﺳﺘﻮﭘﻼﺳﺘﯿﮏ ﮐﺎﻣﻞ ﺑﺎ ﻣﻘﺎوﻣﺖ ﮐﺸﺸﯽ 345Mpa در ﻧﻈﺮ ﮔﺮﻓﺘﻪ ﺷﺪه اﺳﺖ ﮐﻪ دارای ﻣﺪول اﻻﺳﺘﯿﺴﯿﺘﻪ 185Gpa می‌باشد. در( ﺷﮑﻞ 7) ﻧﻤﺎﯾﯽ از ﺷﺮاﯾﻂ ﻫﻨﺪﺳﻪ ﺗﯿﺮ و ﻫﻤﭽﻨﯿﻦ ﺷﺮاﯾﻂ ﺑﺎرﮔﺬاری آن ﻧﺸﺎن داده ﺷﺪه اﺳﺖ.

در ﻣﺪلﻫﺎی ﻧﺮماﻓﺰاری ﺗﯿﺮورقﻫﺎ ﺑﺎ اﻟﯿﺎف ﮐﺎﻣﭙﻮزﯾﺘﯽ ﻣﻘﺎومﺳﺎزی ﮔﺮدﯾﺪﻧﺪ. ﺑﺮای ﻧﻤﻮﻧﻪﻫﺎی ﻧﺮم اﻓﺰاری اﺑﺘﺪا ﺗﺤﻠﯿﻞ ﮐﻤﺎﻧﺸﯽ اﻧﺠﺎم داده و ﺳﭙﺲ ﻣﺪﻫﺎی اول ﺗﻐﯿﯿﺮ ﺷﮑﻞ به‌عنوان ﻧﺎﮐﺎﻣﻠﯽ در ﻣﺪل اﺻﻠﯽ وارد ﺷﺪه و ﺗﺤﻠﯿﻞ Riks اﻧﺠﺎم ﻣﯽﮔﯿﺮد. در ﻣﺤﻞ اﻋﻤﺎل ﺑﺎر ﻣﺘﻤﺮﮐﺰ ﺟﻬﺖ ﺟﻠﻮﮔﯿﺮی از ﻟﻬﯿﺪﮔﯽ  ﻣﻮﺿﻌﯽ ﯾﮏ ﺟﺴﻢ ﺻﻠﺐ در زﯾﺮ ﺑﺎر ﻗﺮار داده ﺷﺪ. (ﺟﺪول زیر) ﻣﺸﺨﺼﺎت ﻫﻨﺪﺳﯽ تیرورق‌های ﺑﮑﺎر رﻓﺘﻪ در اﯾﻦ ﺗﺨﻘﯿﻖ را ﺑﯿﺎن ﻣﯽﮐﻨﺪ.

ﺑﺮرﺳﯽ ﺗﺎﺛﯿﺮ ﺿﺨﺎﻣﺖ ﺑﺎل ﮐﺸﺸﯽ

ﺑﺮای ﺑﺮرﺳﯽ ﺗﺎﺛﯿﺮ ﺿﺨﺎﻣﺖ ﺑﺎل ﺑﺎﻻﯾﯽ در ﺗﻘﻮﯾﺖ ﺑﻪ وﺳﯿﻠﻪ ﻟﻤﯿﻨﯿﺖCFRP ، ﻫﺮ ﺳﻪ ﻧﻤﻮﻧﻪ ﺟﺪول (2) ﻣﺪل ﺳﺎزی ﺷﺪﻧﺪ، ﻧﻤﻮﻧﻪ ﻫﺎ اﺑﺘﺪا در ﺣﺎﻟﺖ ﺑﺪون ﺗﻘﻮﯾﺖ ﻣﻮرد ﺗﺤﻠﯿﻞ ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺘﻨﺪ و ﺑﺎر دﯾﮕﺮ در ﺑﺎل ﮐﺸﺸﯽ ﺗﻮﺳﻂ ﻟﻤﯿﻨﯿﺖCFRP ﺑﻪ ﻋﺮض9 cm  و ﻃﻮل 200cm و ﺿﺨﺎﻣﺖ1.4 mm ﻃﺒﻖ ﻣﺸﺨﺼﺎت ﺟﺪول(3) ﺗﻘﻮﯾﺖ ﺷﺪﻧﺪ. ﺷﮑﻞﻫﺎی(8 و9) ﯾﮏ ﺗﯿﺮورق ﺑﺪون ﺗﻘﻮﯾﺖ و ﯾﮏ ﺗﯿﺮورق ﺗﻘﻮﯾﺖ ﺷﺪه را ﭘﺲ از ﺗﺤﻠﯿﻞ ﻧﺮم اﻓﺰاری ﻧﺸﺎن می‌دهد.

اﺑﺘﺪا ﻧﻤﻮﻧﻪ (1) ﻣﻮرد ﺑﺮرﺳﯽ ﻗﺮار ﻣﯽﮔﯿﺮد ﮐﻪ دارای ﺿﺨﺎﻣﺖ ﺑﺎل4 mm و ﺑﺮاﺑﺮ ﺑﺎ ﺑﺎل ﭘﺎﯾﯿﻦ می‌باشد. ﺷﮑﻞ(10) ﻧﻤﻮدار ﻧﯿﺮو-ﺗﻐﯿﯿﺮﻣﮑﺎن ﻗﺎﺋﻢ)ﺧﯿﺰ( در وﺳﻂ دﻫﺎﻧﻪ را ﻧﺸﺎن می‌دهد. در اﯾﻦ ﻧﻤﻮﻧﻪ ﺑﻪ ﻋﻠﺖ ﺿﺨﺎﻣﺖ ﮐﻢ ﺑﺎل و ﻣﺘﻌﺎﻗﺒﺎ ﺗﺴﻠﯿﻢ ﺑﺎل ﻓﺸﺎری،CFRP  ﻧﻘﺶ ﺧﯿﻠﯽ ﮐﻤﯽ در اﻓﺰاﯾﺶ  ﻇﺮﻓﯿﺖ ﻧﻬﺎﯾﯽ دارد و ﺗﻨﻬﺎ ﻇﺮﻓﯿﺖ ﻧﻬﺎﯾﯽ را %1.4 اﻓﺰاﯾﺶ می‌دهد. وﻟﯽ ﺳﺨﺘﯽ ﺗﯿﺮورق را %18 اﻓﺰاﯾﺶ می‌دهد. در ﺷﮑﻞ(11) ﮐﻪ ﻧﻤﻮدار ﻧﯿﺮو-ﺗﻐﯿﯿﺮ ﻣﮑﺎن در ﺟﺎن ﺗﯿﺮورق در ﭘﺎﻧﻞ ﻣﯿﺎﻧﯽ رﺳﻢ ﺷﺪه اﺳﺖ ﻧﯿﺰ ﻫﻤﺎن اﻗﺰاﯾﺶ ﻇﺮﻓﯿﺖ ﻧﻬﺎﯾﯽ اﻧﺪک ﻗﺎﺑﻞ ﻣﺸﺎﻫﺪه اﺳﺖ. ﻓﺮﻗﯽ ﮐﻪ در اﯾﻦ ﺣﺎﻟﺖ ﺑﯿﻦ دو ﻧﻤﻮدار وﺟﻮد دارد، وﻗﻮع ﭘﺪﯾﺪه ﮐﻤﺎﻧﺶ ﺣﺎﻟﺖ ﺗﻘﻮﯾﺖ ﺷﺪه در ﺑﺎری ﮐﻤﺘﺮ از ﺣﺎﻟﺖ ﺑﺪون ﺗﻘﻮﯾﺖ می‌باشد، ﺑﻪ ﻧﻈﺮ ﻣﯿﺮﺳﺪ ﮐﻪ ﻋﻠﺖ اﯾﻦ ﭘﺪﯾﺪه ﯾﻌﻨﯽ وﻗﻮع زود ﻫﻨﮕﺎم ﮐﻤﺎﻧﺶ ﻗﻄﺮی ﺟﺎن ﺑﻪ ﻋﻠﺖ اﻓﺰاﯾﺶ ﺳﺨﺘﯽ در ﺑﺎل ﭘﺎﯾﯿﻦ اﺳﺖ ﮐﻪ ﻣﻮﺟﺐ ﺟﺬب ﺑﯿﺸﺘﺮ اﻧﺮژی ﺗﻮﺳﻂ ﺟﺎن  ﻣﯽﮔﺮدد و ﮐﻤﺎﻧﺶ ﻗﻄﺮی زود اﺗﻔﺎق ﻣﯽاﻓﺘﺪ.

در ﺣﺎﻟﺖ دوم ﻧﻤﻮﻧﻪ (2) ﻣﻮرد ﺑﺮرﺳﯽ ﻗﺮار ﻣﯽﮔﯿﺮد ﮐﻪ دارای ﺿﺨﺎﻣﺖ ﺑﺎل ﺑﺎﻻﯾﯽ6 mm می‌باشد. ﺷﮑﻞ(12) و ﺷﮑﻞ(13) ﺑﻪ ﺗﺮﺗﯿﺐ  ﻧﻤﻮدار ﻧﯿﺮو-ﺗﻐﯿﯿﺮﻣﮑﺎن ﻗﺎﺋﻢ(ﺧﯿﺰ) در وﺳﻂ دﻫﺎﻧﻪ و ﻧﻤﻮدار ﻧﯿﺮو-ﺗﻐﯿﯿﺮ ﻣﮑﺎن در ﺟﺎن ﺗﯿﺮورق در ﭘﺎﻧﻞ ﻣﯿﺎﻧﯽ را ﻧﺸﺎن می‌دهد.

در ﻧﻤﻮﻧﻪ(2) ﺑﺎ ﻣﻘﺎﯾﺴﻪ ﻇﺮﻓﯿﺖ ﻫﺎی ﻧﻬﺎﯾﯽ اﻓﺰاﯾﺸﯽ ﺗﻘﺮﯾﺒﺎ %9 ﻣﺸﺎﻫﺪه می‌شود. وﻟﯽ ﺳﺨﺘﯽ ﺗﯿﺮورق ﺗﻘﺮﯾﺒﺎ %1 اﻓﺰاﯾﺶ ﻣﯽﯾﺎﺑﺪ. در اﯾﻦ ﻧﻤﻮﻧﻪ ﻧﯿﺰ ﮐﻤﺎﻧﺶ ﻗﻄﺮی در ﺑﺎری ﮐﻤﺘﺮ اﺗﻔﺎق ﻣﯽاﻓﺘﺪ. در  ﺣﺎﻟﺖ ﺳﻮم ﻧﻤﻮﻧﻪ (3) ﺑﺎ ﺿﺨﺎﻣﺖ ﺑﺎل ﺑﺎﻻﯾﯽ 8 mm ﻣﺪل می‌شود. ﻧﻤﻮدار ﻧﯿﺮو- ﺧﯿﺰ اﯾﻦ ﻧﻤﻮﻧﻪ در ﺷﮑﻞ(14) آورده ﺷﺪه اﺳﺖ و ﺷﮑﻞ(15)ﻧﻤﻮدار ﻧﯿﺮو- ﺗﻐﯿﯿﺮ ﻣﮑﺎن در ﺟﺎن ﺗﯿﺮورق در ﭘﺎﻧﻞ ﻣﯿﺎﻧﯽ را ﻧﺸﺎن می‌دهد. در اﯾﻦ ﺣﺎﻟﺖ ﻧﯿﺰ اﻓﺰاﯾﺶ در ﻣﻘﺪار ﻇﺮﻓﯿﺖ ﻧﻬﺎﯾﯽ ﺑﺮاﺑﺮ%19 ﻣﺸﺎﻫﺪه ﻣﯽ- ﮔﺮدد و ﺳﺨﺘﯽ %12 اﻓﺰاﯾﺶ ﻣﯽﯾﺎﺑﺪ. در اﯾﻦ ﻧﻤﻮﻧﻪ ﻧﯿﺰ ﮐﻤﺎﻧﺶ ﻗﻄﺮی ﺟﺎن زود اﺗﻔﺎق ﻣﯽاﻓﺘﺪ.

ﺑﺎ ﻣﻘﺎﯾﺴﻪ ﺳﻪ ﻧﻤﻮﻧﻪ و درﺻﺪﻫﺎی اﻓﺰاﯾﺶ ﻇﺮﻓﯿﺖ ﻧﻬﺎﯾﯽ می‌توان ﮔﻔﺖ، ﺑﺎ ﺿﺨﯿﻢﺗﺮ ﺷﺪن ﺑﺎل ﻓﻮﻗﺎﻧﯽ، ﺑﺎل ﮐﺸﺸﯽ ﺑﯿﺸﺘﺮ وارد ﻋﻤﻞ ﺷﺪه و ﻧﻘﺶ  CFRP ﻣﺸﺨﺺﺗﺮ ﻣﯽﮔﺮدد.

ﻧﺘﯿﺠﻪﮔﯿﺮی:

1. اﺳﺘﻔﺎده از ﻣﺼﺎﻟﺢFRP ﯾﮏ راه ﺣﻞ ﻣﻨﺎﺳﺐ ﺑﺮای ﺗﻘﻮﯾﺖ و ﺑﻬﺴﺎزی ﺧﻤﺸﯽ سازه‌های ﻓﻮﻻدی می‌باشد و ﻫﻤﭽﻨﯿﻦ ورق‌های ﺗﻘﻮﯾﺘﯽ CFRP ﺑﺮای ﮐﺎﻫﺶ اﺣﺘﻤﺎل ﮐﻤﺎﻧﺶ وﮐﺎﻫﺶ ﮐﺮﻧﺸﻬﺎی ﺳﯿﮑﻠﯿﮏ ﺑﻪ ﻣﻨﻈﻮر ﺑﻬﺒﻮد ﻋﻤﻠﮑﺮد ﺧﺴﺘﮕﯽ ﯾﺎ ﺗﻌﻤﯿﺮ ترک‌ها، ﻋﻤﻠﮑﺮد ﺧﻮﺑﯽ دارﻧﺪ.
2. ﻧﺘﺎﯾﺞ ﺣﺎﺻﻞ از ﺗﺤﻘﯿﻘﺎت ﻧﺸﺎن داده ﮐﻪ ﭼﺴﺒﺎﻧﺪن ﺧﺎرﺟﯽ ورقCFRP ﺑﺮای مقاوم‌سازی و ﺗﻌﻤﯿﺮ اﻋﻀﺎء ﭘﻞ ﻓﻮﻻدی ﺑﺴﯿﺎر ﻣﺆﺛﺮ می‌باشد.
3. ورق‌های FRP می‌توانند ﺑﻪ ﺑﺎل ﮐﺸﺸﯽ ﺗﯿﺮﻫﺎی ﻓﻮﻻدی ﭼﺴﺒﺎﻧﺪه ﺷﻮﻧﺪ و ﻣﻘﺎوﻣﺖ و ﺳﺨﺘﯽ ﺗﯿﺮ را اﻓﺰاﯾﺶ دﻫﻨﺪ. ﺑﺎ ﭼﺴﺒﺎﻧﺪن اﯾﻦ ورق‌ها ﺳﻄﺢ ﺗﻨﺶ در ورق ﻓﻮﻻدی ﮐﺎﻫﺶ ﭘﯿﺪا ﮐﺮده و از اﯾﻦ ﻃﺮﯾﻖ ﻋﻤﺮ ﺧﺴﺘﮕﯽ ﻗﻄﻌﻪ ﻧﯿﺰ اﻓﺰاﯾﺶ ﻣﯽﯾﺎﺑﺪ.
4. اﺳﺘﻔﺎده از ورﻗﻬﺎیCFRP ﺑﺎ ﻣﺪول اﻻﺳﺘﯿﺴﯿﺘﻪ ﺑﺎﻻ ﺳﺨﺘﯽ ﺗﯿﺮﻫﺎی ﮐﺎﻣﭙﻮزﯾﺘﯽ ﺑﺘﻦ- ﻓﻮﻻد را اﻓﺰاﯾﺶ می‌دهد و رﻓﺘﺎر ﻋﻀﻮ را ﺗﺤﺖ ﺑﺎر  ﺳﺮوﯾﺲ ﺑﻬﺒﻮد ﻣﯽ ﺑﺨﺸﺪ و به‌طور قابل‌ملاحظه ای ﺻﺪﻣﺎت را ﮐﺎﻫﺶ می‌دهد.
5. ﺑﺎ ﺗﻘﻮﯾﺖ ﺑﺎل ﮐﺸﺸﯽ ﺗﯿﺮورقﻫﺎ، ﮐﻤﺎﻧﺶ ﻗﻄﺮی ﺟﺎن ﺗﯿﺮورقﻫﺎ در ﺑﺎرﻫﺎی ﮐﻤﺘﺮی ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻪ ﺣﺎﻟﺖ ﺗﻘﻮﯾﺖ ﻧﺸﺪه اﺗﻔﺎق ﻣﯽاﻓﺘﺪ.
6. ﺑﺎ ﺑﺮرﺳﯽ ﻧﻤﻮﻧﻪ ﺗﯿﺮورقﻫﺎ ﺗﻘﻮﯾﺖ ﺷﺪه، ﺑﺎ ﺿﺨﯿﻢﺗﺮ ﺷﺪن ﺑﺎل ﻓﻮﻗﺎﻧﯽ، درﺻﺪ اﻓﺰاﯾﺶ ﻇﺮﻓﯿﺖ ﻧﻬﺎﯾﯽ ﺗﯿﺮورق ﻣﻘﺎومﺳﺎزی ﺷﺪه ﺑﯿﺸﺘﺮ می‌شود.
7. ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﺗﮑﻨﯿﮏ مقاوم‌سازی ﺑﺎ ﻣﺼﺎﻟﺢCFRP ، ﻇﺮﻓﯿﺖ ﺧﻤﺸﯽ ﺗﯿﺮورق ﻫﺎ را می‌توان ﺗﺎ ﺣﺪ19 درﺻﺪ اﻓﺰاﯾﺶ داد.

این مقاله به همت مجتبی نیک آذر و مرتضی نیک آدر تهیه شده است.