تست مقاومت ستون مقاوم سازی شده به روش محصور سازی با FRP

در سال‌های اخیر کاربرد روش مقاوم سازی ستون‌های بتن مسلح با استفاده از مصالح FRP و به طور کلی مقاوم سازی با FRP  به جای غلاف فولادی بطور گسترده ای توسعه یافته است. مرسومترین شکل مقاوم سازی ستون‌های بتن مسلح با مصالح FRP شامل دورپیچ کردن بیرونی ستون با استفاده از ورقه‌ها یا نوارهای FRP است.

تا پیش از دهه 1990، دو روش مرسوم برای مقاوم سازی ستون‌های بتن مسلح بی کفایت وجود داشت. یکی اجرای یک غلاف بتن مسلح اضافی به دور ستون موجود و دیگری استفاده از غلاف فولادی با تزریق دوغاب. استفاده از روش غلاف فولادی، به دلیل آنکه غلاف بتن مسلح فضای بیشتری اشغال کرده و وزن سازه را نیز افزایش می‌داد، فراگیرتر و مؤثرتر بوده است. البته هر دو روش یاد شده، نیازمند نیروی کار زیاد بوده و اغلب برای انجام در کارگاه مشکل می‌باشند. همچنین غلاف فولادی در مقابل حمله شرایط جوی مقاومت کمی دارد.

مقاوم سازی ستون های بتن مسلح با استفاده از غلاف فولادی یا FRP بر مبنای این حقیقت استوار است که محصورشدگی جانبی بتن، سبب افزایش قابل توجه مقاومت فشاری محوری، محوری ـ خمشی و شکل پذیری ستون می‌گردد. مطالعات بسیاری در مورد مقاومت فشاری و رفتار تنش ـ کرنش بتن محصور شده با FRP انجام شده است. این مطالعات بیانگرد آن هستند که رفتار بتن محصور شده با FRP با رفتار بتن محصور شده با فولاد متفاوت بوده و بنابراین توصیه‌های طراحی توسعه یافته برای ستون‌های بتنی محصور شده با غلاف فولادی، علیرغم تشابه ظاهری، برای ستون‌های بتنی محصور شده با FRP قابل کاربرد نیستند.

ملاحظات مقاوم سازی ستون با FRP

با افزایش بار به سطح بارهای نهایی، امکان ایجاد ترک‌‌‌‌‌‌های شعاعی در ستون بتنی وجود خواهد داشت. در این حالت سیستم FRP با جلوگیری از خردشدگی بتن باعث افزایش مقاومت آن می‌شود با توجه به اینکه در سطح بارهای بهره برداری، کرنش‌های شعاعی به اندازه کافی بزرگ نمی‌باشد، اثر محصور شدگی فعال نمی‌شود. برای اطمینان از عدم وقوع ترک‌های شعاعی تحت بارهای بهره برداری، کرنش شعاعی نباید از کرنش متناظر با کرنش ترک خوردگی بتن تحت بارهای بهره برداری تجاوز کند.

افزایش شکل پذیری

افزایش ظرفیت تحمل کرنش فشاری در اعضای بتنی محصور شده با مصالح CFRP و به طورکلی مقاوم سازی با FRP منجر به افزایش شکل پذیری مقطع می‌شود. همچنین سیستم پوشش CFRP مانع کمانش زود هنگام میلگردهای طولی شده و باعث مهار جانبی بهتر وصله‌های هم پوشانی در نیروهای فشاری زیاد می‌گردد. در طراحی لرزه ای، سیستم‌های CFRP به گونه ای طراحی شده اند که بتوانند به مقدار کافی تنش‌های محصور کنندگی ایجاد کرده و تحمل کرنش‌های فشاری ایجاد شده در بتن ناشی از تقاضای تغییر شکل را افزایش دهند.

مزایای مقاوم سازی با FRP

• نسبت بسیار زیاد استحکام به وزن
• مقاومت کششی بالا (مقاومت کششی فوق‌العاده نسبت به وزن آن
• نسبت بالای مدول کششی الاستیسیته به وزن
• استحکام مناسب در برابر خستگی
• ضریب انبساط حرارتی بسیار پائین
• قابلیت بافت و تولید پارچه
• مقاومت بالا در برابر خوردگی

معایب مقاوم سازی با FRP

• کرنش گسیختگی بسیار کم و شکننده بودن
• کربن هادی الکتریکی است.
• کرنش کم در لحظه شکست

شرح ویدیو تست مقاومت ستون مقاوم سازی شده با FRP

ستون مدوری سالمی قبل از بارگذاری کاملا با الیاف تقویت شده کربن CFRP تقویت می‌شود به آن نیروی فشاری وارد می‌شود و این نیرو تنش در ستون وارد می‌کند که باعث خورد شدن بتن ستون می‌شود ولی الیاف تقویت شده ستون را یکپارچه نگه می‌دارند و فقط بخشی از ستون که در ویدیو مشخص است ورم می‌کند و این تنش وارده به مقداری زیاد می‌شود که الیاف تقویت شده کربن CFRP به مقاومت گسیختگی نهایی برسد و در اینصورت ما شاهد انهدام ستون خواهیم بود.