خدمات طراحی سازه:
مراحل اجرای مقاوم سازی پل
- موقعیت یابی و پرداخت سطح بتن
- سوراخ کاری عرشه پل در سایزهای طراحی شده
- برش سطح بتن به عمق سانتی متر
- عملیات ساب بتن و ترمیم نقاط آسیب دیده
- کاشت بولت و سوراخ‌های مورد نظر
- نصب باکس‌های سیستم پیش تنیدگی
- نصب ملحقات باکس
- برش لمینیت کربن در سایزهای طرح شده
- مهار نمودن ورقهای لمینیت در داخل باکس
- شروع عملیات پیش کششی ثانویه
- سفت نمودن بولت ها وآزاد نمودن جک
- نصب صفحات مهاری بر روی لمینیت‌ها
- اعمال پوشش نهایی اپوکسی بر روی سیستم کامپوزیتی کربن
ملاحضات تقویت خمشی
اتصال مصالح FRP به ناحیه کششی بتن به طوری که راستای الیاف آن در جهت طولی عضو باشد، باعث افزایش مقاومت خمشی آن می‌گردد. نتایج تحقیقات مختلف مقدار افزایش مقاومت خمشی توسط سیستم FRP را 10 تا 160 درصد نشان داده اند. به هر حال با در نظر گیری محدودیت‌های مقاوم سازی، شکل پذیری و بهره برداری، افزایش مقاومت خمشی تا حد 40 درصد به راحتی قابل تامین است.
فرضیات
فرضیات زیر در محاسبات تقویت خمشی مقطع بتنی با استفاده از سیستم FRP و مقاوم سازی پل بتنی به کار می‌رود.
- محاسبات طراحی براساس ابعاد واقعی موجود، نحوه استقرار میلگردها و خصوصیات مصالح عضو تقویت شده است.
- کرنش در بتن و مصالح FRP متناسب با فاصله آن‌ها از محور خنثی است. به عبارت دیگر، شکل مقطع قبل و بعد از بارگذاری تغییر نمی‌کند.
- هیچ نوع لغزشی نسبی بین FRP و بتن رخ نمی‌دهد.
- تغییر شکل برشی در لایه چسب، با توجه به ضخامت خیلی کم آن، نادیده گرفته می‌شود.
- حداکثر کرنش فشاری بتن فرض می‌شود.
- از مقاومت کششی بتن صرف نظر می‌شود.
- رابطه تنش – کرنش FRP تا نقطه شکست آن، به صورت الاستیک خطی فرض می‌شود.
البته باید توجه داشت که بعضی از فرض‌های فوق رفتار دقیق تقویت خمشی با FRP را منعکس نمی‌کند و استفاده از آن‌ها به دلیل سادگی محاسبات می‌باشد. برای مثال در لایه چسب به سبب لغزش نسبی FRP و بتن، تغییر شکل برشی وجود دارد. به هر حال تقریبی بودن فرضیات تاثیر قابل ملاحظه ای بر مقاومت خمشی عضو تقویت شده با FRP نخواهد گذاشت.
مقاومت برشی مقطع
هنگامی که از مصالح FRP برای افزایش مقاومت خمشی عضو استفاده می‌شود، عضو مربوط باید بتواند نیروی برشی مربوط به افزایش ظرفیت خمشی مقطع را تحمل کند. ظرفیت گسیختگی برشی مقطع به وسیله مقایسه مقاومت برشی طراحی و مقاومت برشی مورد نیاز مقطع بررسی می‌گردد. در صورتی که به مقاومت اضافی نیاز باشد، لایه‌های FRP باید در جهت عرضی تیر طراحی شود.
کرنش لایه زیرین بتن موجود
در صورتی که قبل از نصب مصالح FRP، تمامی بارهای روی عضو شامل وزن آن و هر نیروی پیش تنیدگی از روی عضو برداشته نشود، در محاسبات، کرنش اولیه در سطح کششی بتن در نظر گرفته می‌شود. کرنش اولیه از کرنش FRP کسر می‌گردد. میزان کرنش اولیه در لایه زیرین بتن، با استفاده از تحلیل استاتیک عضو با در نظر گرفتن تمامی بارهای وارده در حین نصب FRP محاسبه می‌شود. توصیه می‌شود این تحلیل با استفاده از خصوصیات مقطع ترک خورده انجام شود.
حالات گسیختگی خمشی
مقاومت خمشی یک مقطع تقویت شده به حالت شکست آن بستگی دارد. حالات گسیختگی خمشی زیر برای یک مقطع مورد بررسی قرار می‌گیرد.
- خرد شدن بتن فشاری قبل از جاری شدن فولاد
- شکست لایه های FRP به دنبال جاری شدن فولاد کششی
- خرد شدن بتن فشاری به دنبال جاری شدن فولاد کششی
- ورآمدن FRP از سطح بتن
- جداشدگی پوشش بتن در سطوح کششی یا برشی
تقویت برشی عضوهای بتنی
چسباندن مصالح FRP بر وجوه جانبی تیرها و ستون‌های بتنی موجب افزایش مقاومت برشی آن‌ها می‌گردد. قرار دادن لایه‌های FRP به صورت متقاطع با محور اصلی عضو و یا عمود بر جهت ترک‌های برشی باعث ایجاد مقاومت برشی اضافی در عضو می‌گردد. افزایش مقاومت برشی می‌تواند حالت شکست عضو را از شکست برشی به شکست خمشی که دارای شکل پذیری بیشتری است، تغییر دهد.
عوامل گوناگونی همچون هندسه و ابعاد تیر یا ستون، شکل قرار گرفتن لایه های FRP و مقاومت بتن موجود، در افزایش مقاومت برشی تاثیر گذار هستند.
سیستم‌های پس کششی FRP
امروزه استفاده از مصالح کامپوزیت پلیمری در صنعت ساخت و ساز به دلیل وزن سبک، نصب آسان، مقاومت بالا (5 برابر فولاد)، تنوع در محصول و کاربرد، مقاومت در برابر خوردگی و دوام بالا بسیار متداول شده است. استفاده از این مصالح بصورت پس کشیده علاوه بر موارد فوق افزایش مدول الاستیسیته، مقاومت خمشی و برشی و سختی المان سازه ای را به همراه خواهد داشت. تکنیک های پس کششی FRP عمر بهره برداری المان سازه ای و ظرفیت کرنش نهایی آن را افزایش داده و ضریب ایمنی در مقابل مدهای گسیختگی را بالا می‌برد. نیروهای پس کشی توسط تاندون‌های پس کشیده استاندارد یا میلگردهای مقاومت بالا تامین می‌شود.
در حالت کلی، تنها بخشی از مقاومت کششی ورقهای FRP در حالت غیر پیش تنیدگی مورد استفاده قرار می‌گیرد. با القای پیش تنیدگی به ورقهای FRP می‌توان به شکل بهتری از ظرفیت این ورق‌ها استفاده نمود. در واقع پیش تنیدگی مزایایی چون دوام عالی، بهبود سرویس دهی و ظرفیت نهایی را با هم ترکیب می‌کند. با استفاده از پیش تنیدگی در عین حال که ظرفیت باربری مقطع افزایش پیدا می‌کند، شکل پذیری آن نیز افزایش می‌یابد.
کاربرد الیاف کربن در مقاوم سازی پل
الیاف کربنی تقویت شده پلیمری دارای مقاومت کششی بسیار بالایی است. این ماده بصورت لمینیت و یا صفحه ای تولید می‌شود و با استفاده از چسب‌های رزین اپوکسی به سازه‌های بتنی و یا بنایی چسبانده می‌شود تا مقاومت کششی و مقاومت برشی سازه را بوسیله محصور سازی سازه افزایش دهد.
الیاف کربنی تقویت شده بخاطر سبک بودن و مقاومت برشی بالا و روش استفاده ی ساده کاربرد‌های متفاوتی دارد:
- کاربرد الیاف کربن در صنعت ساختمان
مقاوم سازی پل‌ها و ساختمان‌ها و تقویت سازه‌ها با کامپوزیت های CFRP، ساخت پلیت‌ها، شیت‌ها و لمینیت‌های کربن، الیاف تقویت کننده بتن‌های مقاومت بالا، ساخت دیوارهای با مقاومت بالا و سبک کربنی، ساخت سازه‌های پس کشیده و پیش تنیده کربنی در سازه‌های بتنی، استفاده در جداره داخلی تونل‌ها.
- کاربرد الیاف کربن در صنعت خودرو
مخازن سوخت کربنی، ساخت سپرهای کربنی، کمک فنر، ملحقات چرخ و جعبه فرمان، لنت ترمز،بدنه ماشین مسابقه، بدنه کشتی‌ها، فنرهای لول و …
- کاربرد الیاف کربن در صنایع هوا فضا و هواپیما سازی و نظامی
اجزای سازه ای ماهواره ها، سازه‌های داخلی هواپیماهای مسافرین اعم از پنل صندلی‌های کربنی، میزهای کربنی و سایر پوشش‌های کربنی، نوک هواپیماهای مافوق صوت، قطعات حساس موتور هواپیماها و تقویت کننده بدنه موشک‌های بالستیک و جلیقه‌های ضد گلوله …
- کاربرد الیاف کربن در بخش انرژی
ساخت پره توربین‌های کربنی و آسیاب‌های بادی جهت تولید برق، ساخت و تولید پیل‌های سوختی و…
- کاربرد الیاف کربن در صنایع تجهیزات الکتریکی، الکترونیک و ماشین سازی
ساخت چرخ دنده‌های کربنی، غلتک‌های کربنی، چرخ دنده‌های پرسرعت کربنی،قطعات خود روغنکاری شونده، آنتن‌های کربنی، مخازن تحت فشار کربنی، قاب تلفن‌های همراه و …قویت کننده بدنه شاتل‌های فضایی
مزایا
- نسبت بسیار زیاد استحکام به وزن
- مقاومت کششی بالا (مقاومت کششی فوق‌العاده نسبت به وزن آن (الیاف کربن تقریباً یک سوم فولاد وزن و الی برابر آن مقاومت دارد).)
- نسبت بالای مدول کششی الاستیسیته به وزن
- استحکام مناسب در برابر خستگی
- ضریب انبساط حرارتی بسیار پائین (کامپوزیت‌های سبک و مستحکم و پایداری در برابر حرارت آن را از سایر مواد مهندسی متمایز می‌سازد)
- قابلیت بافت و تولید پارچه
- مقاومت بالا در برابر خوردگی (دوام و عمر طولانی در برابر مواد شیمیایی و نفوذ ناپذیری در برابر اشعهX از بارزترین خصوصیات الیاف کربن به‌شمار می‌رود)
معایب
- کرنش گسیختگی بسیار کم و شکننده بودن
- کربن هادی الکتریکی است.
- کرنش کم در لحظه شکست
- قیمت بالا
- مقاومت ضربه‌ای کم
