مقاوم سازی ساختمان پیش ساخته بتنی با FRP

ساختمان های پیش ساخته بتنی با هدف افزایش سرعت ساخت و ساز و انبوه سازی، سال هاست که مورد توجه کشورهای مختلف قرار دارند. رشد سریع جمعیت و افزایش تقاضا، نیاز به کاهش زمان تحویل پروژه­ های عمرانی و کاهش زمان برگشت سرمایه سرمایه­ گذاران و عواملی از این قبیل باعث شده ­اند تا ضرورت ایجاد تحول در شیوه­ های سنتی صنعت ساختمان روز به ­روز بیشتر شود. به دلیل اینکه قطعات این ساختمان ها در کارخانه ساخته شده و سپس به محل اجرا حمل می‌گردند، دارای کنترل کیفیت بهتری نسبت به ساختمان های بتنی درجا می‌باشند.

مزایا و معایب سازه های بتنی پیش ساخته

سازه های بتنی پیش ساخته همانند تمامی دیگر سیستم های سازه ای دارای معایبب و مزایایی می باشد که در ادامه به شرح و توضیح آن ها می پردازیم.

مزایای سازه های بتنی پیش ساخته

•  افزایش اعضای سازه ای به دلیل قابلیت کنترل و دقت زیاد در تولید صنعتی آن
• کوتاه بودن مدت ساخت و مونتاژ
• ساخت بیش ترین قسمت ساختمان در کارخانه و کم شدن هزینه های کارگاهی
• قابلیت حمل و نقل قطعات پیش ساخته

معایب سازه های بتنی پیش ساخته

• اجزای بتن آرمه در ساختمان های پیش ساخته بتنی در شرایط نامناسب محیطی معمولا در طول بهره برداری موجب خوردگی فولاد داخلی اجزا می شود.
•  اغلب با گذشت زمان و خرابی های بتن، ساختمان های پیش ساخته بتنی نیازمند تعمیر، نگهداری و تقویت اعضا می شود.
•  سازه به علت تغییر کاربری، تضعیف و یا تخریب اعضا و عدم رعایت نکات طراحی از جمله طراحی لرزه ای نیازمند تقویت جز و یا کل سازه می شود.

با این‌ حال پس از گذشت مدتی، این ساختمان‌ها نیز دچار انواع خوردگی، ترک، پوسته‌ پوسته شدن و حتی از بین رفتن عایق رطوبتی یا حرارتی می‌گردند. باتوجه به این موارد، استفاده از روشی نوین و کارآمد و اقتصادی برای حفظ عمل‌کرد ساختمان‌های بتنی پیش ساخته، امری ضروری است. در روش مقاوم سازی ساختمان پیش ساخته بتنی به کمک محصولات کامپوزیت پلیمری FRP، علاوه بر افزایش مقاومت سازه، از خوردگی های بعدی نیز جلوگیری می‌شوند.

مقوله بهبود و ارتقای کیفی زیر ساخت های دانش مهندسی ساختمان یکی از مهمترین موارد صنعت ساختمان می باشد. خراب شدن و از بین رفتن پل ها، تیرها، ستون ها و دیوارها و غیره به مواردی همچون بالا رفتن سن سازه، عوامل مضر و مخرب محیطی، طراحی و اجرای ضعیف، نگه داری نامناسب از ساختمان و زلزله نسبت داده می شود. در این شرایط مقاوم سازی ساختمان بویژه در مناطقی که خطر نسبی زلزله در آن ها بالا است از اهمیت ویژه برخوردار است.

مزایای مقاوم سازی ساختمان پیش ساخته بتنی به کمک محصولات کامپوزیت پلیمری FRP

• افزایش ظرفیت سازه‌ای حتی بیشتر از ساختمان سالم
• ایمنی و مصونیت در برابر زنگ زدگی و خوردگی بتن و فولاد
• مقاومت کششی بسیار بالا در برابر بارگذاری کوتاه مدت و بلند مدت
• عدم نیاز به داربست و جک
• اجرای سریع و آسان
• وزن کم
• پایین آوردن هزینه ی نیروی کار
• کاربرد راحت تر در فضاهایی با دسترسی محدود
• قابلیت تغییر شکل بالا، دسترسی مناسب به ابعاد و اندازه­های گوناگون FRP
• حمل ایمن و آسان به دلیل سبک وزنی
• اتصال ورق FRP به سطوح مختلف بتن و آهن خوب بوده و همپوشانی آن زیاد نیست. که سبب پایین آمدن قیمت مصالح کامپوزیت پلیمری FRP می‌گردد.

مواد و مصالح مربوط به مقاوم ­سازی با سیستم FRP

چسب

دلیل استفاده از چسب، به وجود آوردن انتقال نیروی برشی بین سطوح بتنی و مواد مرکب تقویت کننده است. از متداول­ ترین چسب­ های سازه­ ای می­توان به چسب ­های اپوکسی اشاره کرد.

رزین

این مواد نقش بسیار مهمی در خواص مکانیکی کامپوزیت ­ها دارند. حفاظت از الیاف و پخش بار­های وارده از دیگر نقش­های رزین است.

الیاف

عموما سه گروه عمده از الیاف هستند که برای مقاوم سازی در مهندسی ساختمان به کار گرفته می شوند که عبارت اند از شیشه، آرامید و کربن. محدوده چگالی مواد FRP از 1.2 تا 2.1 گرم بر سانتیمتر مکعب بوده که تقریبا حدود 4 تا 6 برابر کمتر از چگالی فولاد (7.9) است. این کاهش در وزن منجر به کاهش هزینه حمل و نقل، کاهش وزن بار مرده اعمال شده به سازه و امکان حمل و نقل و نصب در کارگاه به صورت دستی می شود.

مصالح کامپوزیت FRP

مصالح کامپوزیت FRP (الیاف و رزین) مشتمل بر تعداد زیادی الیاف کوچک، پیوسته که در یک رزین قرار دارد. بسته به نوع الیاف که آن ها را AFRP (الیاف بر پایه آرامید)، CFRP (الیاف بر پایه کربن) و GFRP (الیاف بر پایه شیشه) می نامند. الیاف به کار رفته نقش اساسی را در تحمل تنش بر عهده دارند و رزین به کار رفته تنش را بین تار های مختلف پخش می کند و آن ها را در کنار هم نگه می دارد.

اساس طراحی و اجرا مقاوم­ سازی ساختمان پیش­ ساخته بتنی به کمک کامپوزیت FRP

مقاوم سازی سازه های بتنی با سیستم FRP یک روش کارآمد بوده که بر پایه عملکرد مرکب بین یک عضو بتن مسلح و FRP چسبیده شده بر سطح بتن می باشد. جهت تضمین ایمنی سازه لازم است که از یک سیستم FRP مناسب استفاده شود و طراحی سیستم FRP و اجرای آن به دقت انجام گردد. حالت و شرایط عضو قبل از مقاوم سازی مهم است چرا که ممکن است سازه قبل از مقاوم سازی به یک سری عملیات ترمیمی، نیاز داشته باشد.
باید همواره دقت شود که سیستم کامپوزیت FRP مناسب برای مقاوم سازی انتخاب شود، علاوه بر آن مهندس پروژه نیز باید دارای تجربه ی کافی در تقویت سازه باشد و با مواد تشکیل دهنده کامپوزیت FRP، رفتار سازه ها و ایمنی آن ها آشنایی کافی داشته باشد. برای طراحی باید همه شرایط لازم و ترکیب بارهای مختلف مورد توجه قرار گیرد. طراحی کامپوزیت FRP دارای دو جنبه است، یکی بررسی اثرات تقویت کننده در مقطع (طراحی بافرض عملکرد کامل کامپوزیت) و دوم توانایی انتقال نیرو ها به وسیله اتصال بین دو لایه FRP و بتن. در استفاده از سیستم های کامپوزیت FRP باید آسیب های ممکن مشخص شده و علت این نقایص معلوم شود و در صورت لزوم ترمیم مناسب صورت گیرد.

مقاوم­ سازی ساختمان پیش ­ساخته بتنی به کمک محصولات کامپوزیت پلیمری FRP

تقویت خمشی

اعضای پیش­ ساخته بتن­ آرمه، مانند تیر­ها و ستون­ها، تحت خمش با استفاده از کامپوزیت­های FRP که توسط اپوکسی به ناحیه­ ی کششی چسبیده­ اند و دارای الیاف­ های با راستای موازی با جهت تنش­ های کششی ماکزیمم هستد، تقویت می­ شوند. برای طراحی کامپوزیت  FRP جهت تقویت سازه پیش­ ساخته بتنی ابتدا لنگر طراحی مقاوم در عضو قبل از مقاوم­ سازی تعیین شده و از لنگر طراحی لازم برای مقاوم­ سازی سطح مقطع لازم کامپوزیت FRP تعیین می ­شود. سطح مقطع کامپوزیت FRP باید ارضا کننده­ ی ماکزیمم خیز اعضا باشد، علاوه بر خیز سطح مقطع FRP باید جواب گوی تنش ­های ایجاد شده نیز باشد.

مقاو­م ­سازی خمشی اعضای پیش­ ساخته ساختمان­ های بتنی، از طریق قرار دادن کامپوزیت FRP در محل طراحی شده و چسباندن آن در وجوه تحتانی و فوقانی و حتی جانبی عضو تحت خمش صورت می­ گیرد. در صورتی که بر اساس محاسبات مجبور به استفاده از چند لایه کامپوزیت FRP جهت تقویت اعضا شویم، باید با ایجاد همپوشانی کافی هر لایه، بعد از لایه ­ی دیگر قرار گیرد  به این صورت که لایه­ ی دوم دقیقا روی لایه­ ی اول نصب شود.

تقویت برشی

مقاوم ­سازی برشی اعضای بتن ­آرمه با استفاده از کامپوزیت FRP به­ وسیله­ ی چسباندن تقویت کننده ­های خارجی در راستای اصلی الیاف­ها، موازی با ماکزیمم تنش­های کششی اصلی صورت می­ گیرد. اعضای سازه ­ای که تحت بار جانبی قرار می­ گیرند، بار وارده بر عضو عمود بر محور عضو است با این حال معمولا کامپوزیت FRP به طور عملی به گونه­ای طراحی و نصب می ­شود که راستای الیاف­ها عمود بر محور عضو باشد.

در مقاوم­ سازی اعضای بتنی تحت برش، کامپوزیت FRP معمولا در سه یا چهار وجه اعضا چسبانده می شود.

محصوریت اعضای فشاری

عموما محصوریت برای اعضای تحت فشار کاربرد داشته و با هدف افزایش ظرفیت تحمل بار، یا در مورد مقاوم­ سازی لرزه ­ای، جهت افزایش شکل ­پذیری استفاده می­ شود. افزایش اثر محصوریت، مقاومت و شکل­ پذیری بتن را افزایش داده و به­ علاوه از لغزش و کمانش آرماتور­های طولی جلوگیری می­ کند. لازم به ذکر است که در مسائل لرزه ­ای روش­ های مقاوم­ سازی موجود عموما بر اساس افزایش فشار محصوریت در نواحی محل تشکیل مفصل پلاستیک و مناطق وصله آرماتور­های طولی صورت می­ گیرد.

در نواحی زلزله خیز، اغلب طراحی ستون ­های پیش­ ساخته در گذشته فقط بر اساس جنبه­ های مقاومتی در نظر گرفته شده­ اند و از اثر شکل ­پذیری که تضمین کننده پایداری سازه است صرف نظر گردیده است، لذا بیشتر این ستون­ها نیاز به مقاوم ­سازی دارند. محصوریت ستون ­های بتن ­آرمه یا اعضای مشابه آن مانند دودکش ­ها و کوره ­ها و غیره با کامپوزیت FRP به طور قابل توجهی عملکرد محوری، خمشی و برشی آن را بالا می ­برد، زیرا موجب افزایش مقاومت فشاری بتن، شکل ­پذیری، مقاومت برشی و مقاومت در برابر کمانش آرماتور­های فولادی تحت فشار می­ شود.

در مورد الیاف کامپوزیت FRP می ­توان گفت که الیاف­های کربن در افزایش مقاومت نسبت به دو الیاف شیشه و آرامید اثر بهتری داشته ولی از لحاظ افزایش شکل­ پذیری، الیاف شیشه اثر بهتری خواهد داشت.

محصوریت ستون­های بتنی پیش­ ساخته به وسیله ­ی کامپوزیت FRPقابل دستیابی است که منجر به وقوع شرایط زیر می­شود:

• افزایش مقاومت بتن و همچنین ظرفیت تغییر شکل آن
• جلوگیری از جداشدگی و پوسته پوسته شدن پوشش بتن

در مقاوم سازی اعضای فشاری می ­توان با استفاده از کامپوزیت FRP که به صورت افقی و یا مارپیچ در طول المان قرار گرفته ­اند، مقاوم­ سازیرا صورت داد. می ­توان جهت افزایش عملکرد مقاوم­ سازی با کامپوزیت FRP، از ترکیب قرار گیری کامپوزیت در راستای طولی و عرضی استفاده کرد. هر گاه بار وارده به ستون بتنی پیش­ ساخته تحت خروج از مرکزیت زیادی باشد، می­توان کامپوزیت FRP را به­ طور مستقیم در راستای طولی عضو استفاده کرد و مهار این الیاف را با الیاف­ های عرض در بالا و پایین ستون انجام داد.

هزینه اجرای مقاوم سازی ساختمان پیش ساخته بتنی به کمک محصولات کامپوزیت پلیمری FRP شرکت افزیر

برای مشاوره و کسب اطلاع درمورد هزینه اجرای مقاوم سازی ساختمان پیش ساخته بتنی به کمک محصولات کامپوزیت پلیمری FRP شرکت افزیر با کارشناسان شرکت مقاوم سازی افزیر در تماس باشید.