مقاوم سازی سازه‌ها در برابر انفجار و ضربه با FRP
امروزه بحث پدآفند غیرعامل و افزایش انعطاف‌پذیری و مقاوم سازی سازه‌ها در برابر انفجار، برخورد و ضربه یکی از اصلی‌ترین دغدغه‌های سازمان‌های دولتی در سراسر دنیا از جمله ایران است. از جمله سازه‌های حیاتی که باید پدآفند غیرعامل را در مورد آن‌ها رعایت کرد می‌توان به ساختمان‌های دولتی، بانک‌ها، پل‌ها، ساختمان‌های نظامی، تاسیسات شهری، سفارت‌خانه‌ها و … اشاره کرد. علاوه بر انفجارهایی که عامل انسانی دارند، انفجارهایی که ناشی از وقوع حادثه در نیروگاه، پتروشیمی و … نیز هستند، جای نگرانی فراوانی دارند. در چنین شرایطی باید اطمینان لازم را پیدا کرد که حداقل قسمت های حیاتی سازه همچون اتاق کنترل کماکان پس از وقوع حادثه نیز به فعالیت خود ادامه دهند؛ بنابراین سازه باید انعطاف‌پذیری مناسبی در برابر انفجار و برخورد و ضربه داشته باشد. همچنین توجه به موضوع خرابی پیش رونده در سال های اخیر باعث پررنگ شدن اهمیت مقاوم سازی سازه ها در برابر بارهای ناگهانی مانند انفجار شده است. این در حالی است که اکثر سازه های موجود مقاومت و شکل‌پذیری کافی در برابر انفجار و برخورد و ضربه را ندارند. در چنین حالتی، پیشنهاد متخصصین شرکت مقاوم سازی افزیر، استفاده از لایه های کامپوزیت پلیمری FRP به منظور مقاوم سازی سازه‌ها در برابر انفجار و ضربه می‌باشد. بدین منظور لایه‌های نازکی (درحدود 1/3 میلی متر) از کامپوزیت پلیمری FRP روی قسمت‌های سازه همچون دیوار اجرا می‌شوند. تعداد لایه‌های FRP، جهت‌گیری آن‌ها و نیز نحوه اتصال آن‌ها به طور دقیق توسط مهندسین شرکت مقاوم سازی افزیر محاسبه شده و نقشه‌ها و جزییات مفصل آن به کارفرما ارائه می‌گردد. بسته به نیاز کارفرما و شدت انفجار و برخورد و ضربه موردنظر، طرح مقاوم سازی سازه‌ها در برابر انفجار و ضربه ارائه شده توسط مهندسین شرکت افزیر، سفارشی سازی می‌شود.
انفجار چیست؟
انفجار عبارت است از آزاد شدن بسیار سریع انرژی به صورت نور، گرما، صدا و یک پالس در طول کوتاهی از زمان که بیان دیگری از یک ضربه سهمگین در علم دینامیک سازه‌ها می‌باشد. موج ضربه‌ای متشکل است از هوای بسیار فشرده که انتشار شعاعی موج را از سطح ماده منفجره به سمت محیط اطراف ایجاد کرده که با سرعت فراصوتی حرکت می‌کند. با انبساط موج ضربه‌ای، فشارهای ناشی از ضربه نیز کاهش می‌یابند. زمانی که موج به یک سطح یا مانع می‌رسد که در مسیر انفجار قرار دارد، منعکس می‌گردد که در نتیجه آن فشار ناشی از انفجار چند برابر می‌شود. برخلاف امواج صوتی که دارای بزرگنمایی در حدود 2 هستند، امواج ناشی از ضربه می‌توانند تا 20 برابر نیز به علت سرعت فراصوتی موج در ضربه تقویت شوند. خرابی ناشی از موج ضربه‌ای می‌تواند به دو صورت اثرات مستقیم ناشی از انفجار و اثرات ناشی از خرابی پیش‌رونده باشد. آنالیزهای دینامیکی سازه‌ها تحت بار انفجاری، به علت تأثیرات نرخ کرنش بالا، رفتار غیرخطی مصالح، عدم قطعیت در محاسبات بار انفجار و تغییر شکل‌های وابسته به زمان بسیار پیچیده می‌باشند.
مقاوم سازی سازه ها در برابر انفجار با FRP
با در نظر گرفتن شرایط فوق، ایمن سازی اعضای سازه ای در مقابل اثرات ناشی از انفجار از اهمیت قابل‌توجهی برخوردار است، به ویژه چنانچه سازه مورد نظر به لحاظ اهمیت در موقعیت ویژه‌ای قرار داشته باشد. به همین علت در حال حاضر افزایش مقاومت انفجاری سازه‌های موجود که عموماً برای مقاومت در برابر این نوع بارها طراحی نشده‌اند یک خواسته ویژه است. به منظور افزایش مقاومت سازه‌ها در مقابل بارهای ناشی از انفجار، راه‌حل‌هایی موجود و متداول است که از جمله مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به استفاده از تقویت موضعی نظیر ژاکت‌های فولادی و بتنی برای اعضا سازه‌ای و نیز اضافه کردن سامانه‌های سازه‌ای جدید نظیر دیوار برشی فولادی، بتنی و یا مرکب اشاره نمود. از جمله معایب چنین روش‌هایی آن است که اولاً بارهای ثقلی قابل‌توجهی را به مجموعه سازه و در نهایت فونداسیون تحمیل کرده و ثانیاً نیازمند زمان زیادی جهت اجرا می‌باشد و در آخر به لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نمی‌باشند. یک روش مؤثر و نسبتاً کم‌هزینه برای نیل به این هدف، استفاده از کامپوزیت‌های پلیمری مسلح شده با الیاف FRP است.
کامپوزیت‌های FRP در حدود 50 سال در مهندسی سازه در زمینه‌های ساخت مقاوم، تقویت، ترمیم و بهسازی لرزه ای سازه های موجود مورد استفاده قرار گرفته اند. طی دهه اخیر رشد چشمگیری در استفاده از مصالح FRP که نوع پیشرفته‌ای از کامپوزیت‌ها هستند، صورت پذیرفته است. الیاف در یک کامپوزیت FRP، عضو اصلی باربر بوده و مقاومت و سختی بسیار بالایی را تا زمانی که در کشش هستند، نشان می‌دهند. یکی از روش‌های بهسازی سازه‌های بتنی در برابر بارهای انفجاری استفاده از پوشش FRP در نواحی با پتانسیل مفصل شدن است. محصورسازی اجزا سازه با FRP باعث افزایش ظرفیت باربری و همچنین افزایش شکل‌پذیری سازه می‌گردد.
کامپوزیت‌های FRP امروزه به علت مقاومت بالاتر، قدرت مقابله با خوردگی بیشتر و راحتی حمل و نصبشان به عنوان جایگزین مناسبی برای فولاد مطرح گردیده‌اند. بسیاری از کامپوزیت‌ها دارای مقاومت بسیار بالا در برابر خستگی هستند. برخلاف فولاد، کامپوزیت‌های FRP در مقابل بارهای رفت و برگشتی دچار نرم شدگی تدریجی یا همان کاهش در سختی پیش از هرگونه ترک‌خوردگی نمی‌گردند. به عنوان یک مزیت بسیار مهم و برخلاف فولاد کامپوزیت‌های FRP دارای مقاومت زیادی در برابر خوردگی هستند. مصالح کامپوزیت به علت داشتن ضریب انبساط حرارتی متفاوت در دو راستای هم‌جهت بر الیاف و عمود بر الیاف، تحت بارگذاری حرارتی نیز به صورت اورتوتروپیک عمل می‌کنند و بنابراین در اثر کرنش‌های حرارتی دچار خرابی نمی‌گردند. اما در مصالحی نظیر فولاد به علت ایزوتروپیک بود آن‌ها، در اثر تنش‌های حرارتی خرابی‌های شدیدی رخ می‌دهد این مصالح به راحتی می‌توانند خود را با شرایط محل وفق داده و عملکرد بهینه‌ای را از خود بروز دهند. همچنین استفاده از این مصالح می‌تواند با افزایش مقاومت سازه باعث افزایش قابل‌توجهی در توانایی سازه در مقابله با انفجار و کاهش اثرات ترکش‌زایی گردد.
مزایای کاربرد لایه های کامپوزیت FRP در مقاوم سازی سازه ها در برابر انفجار و ضربه
- قابلیت مقاوم سازی دیوارها، کف‌ها و ستون‌ها
- افزایش حداقلی در ابعاد اعضای سازه (معمولا حدود 13 میلی‌متر)
- سرعت بالای اجرای مقاوم سازی
- پس از اجرا می‌توان لایه‌ها را پوشاند تا در معرض دید نباشند.
- از جمله مزایای استفاده از لایه های کامپوزیت پلیمری FRP شرکت افزیر در سازه های بتنی کاهش تغییر شکل سازه، کرنش ها و اثرات تخریب در بتن می‌باشد. مصالح کامپوزیتی FRP تنش در میلگرد های داخل بتن را کاهش داده و از جاری شدن میلگرد ها جلوگیری می کند. طبق مقایسه ای که بین الیاف مختلف FRP جهت مقاوم سازی در برابر انفجار صورت گرفته است، به ترتیب الیاف یا مصالح کربن، شیشه و آرامید بهترین عملکرد پلیمری را دارند.
هزینه اجرای پدآفند غیرعامل و مقاوم سازی سازه‌ها در برابر انفجار و ضربه
برای مشاوره و کسب اطلاع درمورد هزینه اجرای پدآفند غیرعامل و مقاوم سازی سازه ها در برابر انفجار و ضربه با کارشناسان شرکت مقاوم سازی افزیر در تماس باشید.
