مقاوم سازی بازشو های ساختمان بتنی با FRP

مقاوم سازی بازشو ها در ساختمان های بتنی  از جمله بحث هایی است که در سال های اخیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در ابتدا مقاوم سازی با استفاده از ورق ها و اجزای فولادی صورت می گرفت ولی به تدریج استفاده از الیاف FRP از اواخر دهه 80 میلادی شروع شد. از آن جایی که مقاوم سازی بازشو ها در ساختمان های بتنی با الیاف FRP پدیده ای نو و تازه در مقاوم سازی ساختمان است، لازم است این کار با دقت بسیار بالا انجام شود تا کیفیت و رف6تار مطلوب در زمان بهره برداری از ساختمان حاصل شود.

مقاوم سازی بازشو های دال بتنی با FRP

مزایای زیاد دال های بتن آرمه سبب کاربرد وسیع و بسیار زیاد این نوع از المان ها شده است. در این بین بنا به دلایلی نظیر تغییر کاربری، محدودیت های معماری، عبور لوله های تاسیساتی و غیره از بازشو در سطح دال استفاده می شود. وجود بازشو در یک دال دو طرفه ممکن است مسائلی را در ارتباط با ظرفیت خمشی اجزای دال، کنترل خیز و نیز کنترل برش در دال ایجاد کند.
آیین نامه های بتن وجود بازشو با هر اندازه را در یک دال دو طرفه مجاز می داند مشروط بر این که با یک تحلیل مناسب نشان داده شود که مقاومت طراحی معادل حداقل مقاومت مورد نیاز بوده، و تمام شرایط بهره برداری و ازجمله محدودیت های مربوط به خیز کنترل می شوند.

بازشوها نه تنها سختی و مقاومت دال را کاهش می دهند بلکه ممکن است مودهای گسیختگی را نیز تغییر دهند. میزان تاثیر بازشو بر رفتار سازه ای دال به شکل، اندازه و محل قرارگیری آن در دال بستگی دارد. در مورد بازشوهایی که پس از ساخت در دال ایجاد می شوند، موضوعاتی وجود دارد که باید مورد بررسی قرار گیرد. اول، چنین بازشوهایی ممکن است مسیر اصلی انتقال بار را از بین ببرند و مسیر ثانویه نیز در اغلب موارد ناکافی است. دوم، مقاومت خمشی دال های با بازشو با لنگر های ایجاد شده به علت بارهای داخلی متفاوت است. مقاوم سازی چنین دال هایی به تبع مشکل تر است.
خوش بختانه تکنیک مقاوم سازی با FRP راهی برای افزایش مقاومت خمشی و ساخت مسیر انتقال بار مورد نظر را در اختیار ما می گذارد.

ویژگی های ممتازی چون نسبت بالای مقاومت به وزن، دوام در برابر خوردگی، سرعت و سهولت در حمل و نصب باعث شده است که استفاده از مصالح FRP به سرعت گسترش یابد.

الگوهای مختلف مقاوم سازی

به منظور حصول طرح بهینه برای مقاوم سازی بازشو ها، از سه نوع مختلف چینش الیاف می توان استفاده کرد. نحوه قرار گیری الیاف در شکل زیر نشان داده شده است.

طبق نتیجه آزمایشات و مدل سازی های صورت گرفته و مقایسه نمودار بار- تغییر مکان نمونه ها مشخص شده است که مقاوم سازی با صفحات CFRP سختی خمشی دال ها را افزایش داده و باعث بهبود در مقاومت دال می گردند. در میان نمونه های مقاوم سازی شده نمونه های O و P به ترتیب بیشترین و کمترین مقادیر ظرفیت باربری را از خود نشان می دهند. در بین نمونه ها کمترین میزان ظرفیت تغییر شکل متعلق به نمونه M است. هم چنین بیشترین انرژی جذب شده و شکل پذیری متعلق به الگوی مقاوم سازی O بود.
با مقایسه تمامی نسبت ها برای تمامی الگوها می توان گفت الگوی O بهترین عملکرد را از خود نشان می دهد. دلیل این امر هم قرار گرتن الیاف FRP عمود بر جهت ترک ها می باشد؛ زیرا ترک ها از گوشه ی بازشو ، جایی که تمرکز تنش بیشترین مقدار را دارد شروع شده و به تدریج کل دال را در بر می گیرند. همین مورد باعث می شود الیاف FRP بهترین کارایی را از خود نشان داده و از این مصالح به صورت بهینه استفاده شود.

بررسی تاثیر جنس صفحات مقاوم سازي بر رفتار دال با بازشو

در مقاوم سازي سازه ها معمولا از الیاف GFRP به دلیل کرنش بالا درهنگام گسیختگی جهت تقویت برشی استفاده میشود. در مقابل، الیاف CFRP به دلیل مقاومت کششی بالا جهت تقویت خمشی مورد استفاده قرار می گیرند.
اما بنابر نتایج آزمایشات و مدل سازی ها بهترین عملکرد در بین مصالح را الیاف آرامیدی AFRP دارند.

بررسی تاثیر مساحت عناصر مقاوم کننده بر رفتار دال

به طور کلی با افزایش نسبت مساحت الیاف مقاوم سازی ، بر ظرفیت باربری دال با بازشو افزوده می شود. با افزایش مساحت عناصر مقاوم کننده، ظرفیت تغییرمکان دال کاهش یافته و به سمت یک کرانه حداقل میل  می کند. حداقل کرانه برای تغییر مکان دال مقاوم سازی شده را می توان 0.0055 متر عنوان کرد.

هم چنین با افزایش مساحت عناصر مقاوم کننده، به طور کلی از انرژي جذب شده دال کاسته میشود و پس از نسبت مساحت الیاف به مساحت بازشو برابر با 2، با افزایش مساحت الیاف، انرژي جذب شده سیري نسبتا صعودي طی خواهد کرد.

مقاوم سازی بازشوهای دیوار بتنی با FRP

دیوارهاي برشی بتن آرمه اعضایی هستند که بعلت سختی زیاد، ظرفیت باربري بالا و قابلیت شکل پذیري فراوان به عنوان عضو اصلی باربر جانبی در برابر بارهاي زلزله طراحی و ساخته می شوند.
در اثر گذشت زمان و تغییر آیین نامه های طراحی، عدم اجراي صحیح، عدم حصول به مقاومت هاي مورد نظر در بتن و یا ایجاد تغییراتی پیش بینی نشده در هندسه دیوار مانند ایجاد بازشو، برخی دیوارهاي برشی موجود معیارهاي طراحی آیین نامه هاي جدید را برآورده نمی کنند. در این موارد بدیهی است که تقویت، بهسازي لرزه اي و مقاوم سازي این دیوارها جزو دغدغه هاي طراحان می باشد.
تحقیقات انجام شده در بهسازي لرزه ای دیوارهاي برش بتن مسلح با FRP با توجه به مزایاي بسیار زیاد و متعدد این مصالح در بهسازی لرزه ای سازه ها از جمله مدول الاستیسیته بسیار بالا به نسبت فولاد، مقاومت کششی بسیار زیاد در راستاي طولی الیاف، وزن بسیار کم، دوام بالا و قابلیت اجراي ساده به هنگام استفاده از سازه و نیز قابلیت استفاده در تیر ،
ستون و دیوار برشی باعث استفاده گسترده از این مصالح به اشکال گوناگون و با استفاده از جنس الیاف متفاوت در بهسازي لرزه اي دیوارها شده است.
یکی از معایب بسیار مهم استفاده از مصالح FRP وقوع پدیده جداشدگی است. بزرگترین مشکل این است که هنوز روش هاي دقیقی براي جلوگیري از جداشدگی به علل مختلف آن، توسعه نیافته است.
با توجه به دو مود محتمل پارگی FRP و جدا شدگی آن در برش نحوه قرار گیری به صورت مورب و در جهت ترک های برشی پیشنهاد شده است.

تعبیه بازشو در دیوار به طور واضحی بر مشخصات دیوار همچون مکانیزم انتقال بار، کاهش مقاومت و سختی و کاهش سطح شکل پذیري تأثیر می گذارد. شکل و محل بازشو نه تنها در ظرفیت باربري جانبی بلکه در نحوه ایجاد ترك در دیوار نیز تأثیر داشته و شرایط تقویت و بهسازي لرزه اي را تحت تأثیر قرار خواهد داد. نتایج آزمایش بر روی دیوارها بدین شرح است که در یک دیوار با ابعاد 1000*1500 میلی متر در حالتی که مساحت بازشو 6 % سطح دیوار باشد درصد کاهش باربري 23 % و در حالتی که مساحت بازشو 33 % سطح بازشو باشد 67 % کاهش در باربري جانبی رخ خواهد داد.

با توجه به هندسه هر دیوار و شرایط آرماتورگذاري الگوهاي ایجاد و گسترش ترك متفاوت خواهد بود. تقویت باید بر اساس آن الگوها و در محل هاي مورد نیاز انجام شود. هم چنین به علت احتمال زیاد وقوع پدیده جداشدگی لزوما استفاده از تعداد لایه هاي بیشتر در تقویت، نمی تواند کارساز باشد. در مقاوم سازی دیوارهای برشی بیشتر از الیاف CFRP استفاده می شود که بهبودي معادل 52% تا 155%  روي بازیابی خصوصیات دیوار ضعیف شده به علت ایجاد بازشو داشته است.