مقاوم سازی اتصالات بتنی با FRP
برای تامین شکل پذیری کافی اعضا و نیز اتصالات بتنی در برابر بارهای وارده، ضوابط ویژه ای در آئین نامه های مختلف وارد گردیده که رعایت آن ها در ساخت سازه های بتن آرمه ضروری می باشد و این در حالی است که بسياري از ساختمان هاي بتني كه در نيم قرن گذشته در سرتاسر دنيا احداث شده اند، حداقل ضوابط خاموت گذاری را به درستی رعایت نکرده اند. لذا مقاوم سازي ساختمان ها براي جلوگيري از آسيب هاي احتمالي هنگام زلزله امري ضروري به نظر مي رسد. از طرف ديگر پس از وقوع زلزله بسياري از ساختمان هاي بتني که ضوابط آرماتورگذاری عرضی را رعایت نکرده اند دچار آسيب هاي سازه ای شده و در اكثر موارد سطح کم اين آسيب ها به گونه اي است كه جایگزینی ساختمان موجود با یک ساختمان نوساز، امري اقتصادي نيست و مي توان با يكي از تكنيك هاي ترميم با هزينه هاي به مراتب كمتر، سازه ساختمان را دوباره جهت تحمل بارهاي لرزه ای آماده ساخت.
بعد از وقوع زلزله‌های مخرب چند دهه اخیر، بحث مقاوم سازی سازه‌های موجود مطرح شد و تحقیقات گسترده‌ای در جهت ارائه روش‌های مؤثر برای تقویت اعضای مختلف سازه‌ای صورت پذیرفت. در این راستا، نواحی ضعیف سازه‌های فولادی و بتنی شناسایی شدند. محل اتصالات تیر به ستون سازه‌ها و به‌خصوص سازه‌های بتنی یکی از نواحی بسیار حساس در سازه است که عدم توجه کافی به طراحی دقیق آن می‌تواند منجر به تخریب کل سازه شود، لذا این موضوع اهمیت مقاوم سازی اتصالات را نشان می دهد. معمولاً در مرحله طراحی برای ایجاد مقاومت و شکل‌پذیری کافی در اتصالات از خاموت گذاری ویژه و در مقاوم‌سازی آنها از ورق‌های فولادی و FRP استفاده می‌شود. در این مقاله به بحث در مورد مقاوم‌سازی اتصالات با الیاف FRP پرداخته‌شده است.
بسیاری از سازه‌های موجود، بر اساس آیین نامه های جدید طراحی، در برابر زلزله از ایمنی کافی برخوردار نیستند. همچنین تعداد و تنوع این سازه‌ها و عمر متوسط آنها در دنیا در حال افزایش است، بنابراین ترمیم و محافظت از سازه‌ها امری اجتناب‌ناپذیر می‌نماید. جایگزینی کلی سازه نیز مستلزم تحمل بار مالی شدید بوده و مطمئناً درصورتی‌که ترمیم و مقاوم سازی ساختمان امکان‌پذیر باشد علاوه بر صرفه اقتصادی باعث حفظ منابع طبیعی نیز خواهد شد. در صورت انتخاب روش مناسب، تقویت لرزه‌ای سازه های موجود مؤثرترین راه کاهش خطر زلزله است. در سالیان اخیر مطالعات زیادی در زمینه روش‌های بهسازی عملکرد لرزه‌ای سازه‌ها بعمل آمده و روش‌های گوناگونی بررسی و پیشنهاد شده است که بسته به نوع و شرایط سازه می‌توان روش تقویت مناسبی را انتخاب نمود. البته علاوه بر چگونگی عملکرد سیستم تقویتی، برخی مسائل از قبیل هزینه، زمان اجرا و تکنولوژی در دسترس از نظر مصالح و اجرا، نیز روی انتخاب تأثیر گذارند. در این بین اتصال تیر به ستون در قاب‌های خمشی بتن مسلح به علت قرارگیری اتصال تحت تلاش‌های رفت و برگشتی در هنگام زلزله جزو بحرانی‌ترین نقاط در عملکرد قاب بتن مسلح خمشی می‌باشد.
هنگام وقوع زلزله اتصال تیر به ستون در سازه‌های قاب خمشی بتن مسلح دچار تنش‌های زیادی می‌شود. بر اثر این تنش‌ها اکثراً گره اتصال دچار آسیب شده و حتی بعضاً گسیخته می‌شود. گسیخته شدن گره اتصال می‌تواند باعث خرابی و فرو ریزش کل ساختمان گردد. با توجه به این مسئله در سال‌های اخیر اکثر آیین‌نامه‌های لرزه‌ای توجه خاصی به گره اتصال تیر به ستون معطوف داشته‌اند و علت این امر نیز پیچیده بودن رفتار عملکرد اتصال تیر به ستون و عوامل تأثیرگذار بر روی آن می‌باشد. در آیین‌نامه‌های طراحی لرزه‌ای، فلسفه طراحی، بر مبنایی استوار است که آخرین قسمتی که در ساختمان آسیب می‌بیند اتصال تیر به ستون باشد. با توجه به این مطلب مقاوم سازی اتصالات از مهم‌ترین قسمت‌های مقاوم سازی لرزه‌ای می‌باشد. شکی نیست اصلاح عملکرد گره اتصال باعث بهبود عملکرد کل سیستم خواهد شد. موفقیت در مقاوم‌سازی لرزه‌ای منوط به بهره بردن از فنون و مهارت‌های نوین مقاوم سازی است. در میان این نوآوری‌ها، FRP از جایگاه ویژه‌ای برخوردار است که در سال‌های اخیر دریچه‌ای نو پیش روی مهندسان گشوده است. در گذشته مطالعات زیادی روی مقاوم سازی اتصالات تیر به ستون در قاب‌های بتن مسلح با استفاده از مصالح FRP صورت گرفته است. بیشتر این مطالعات در حالت میکرو و روی مقاومت برشی و شکل‌پذیری اتصال صورت گرفته و راهکارهایی برای بهبود آن ارائه شده است و تحقیقات کمتری روی پارامترهای لرزه‌ای از قبیل ضریب رفتار قاب بتن مسلح مقاوم‌سازی شده، میزان جذب انرژی آن و همچنین ظرفیت باربری و تغییر مکان قاب مقاوم‌سازی شده با FRP در محل اتصال در حالت ماکرو انجام شده است.
در سازه های بتن آرمه با اتصالات صلب وظیفه انتقال کامل نیروها و لنگرها به عهده اتصالات است. به وجود آمدن تغییر شکل های جزئی در محل اتصال باعث می شود این عملکرد کامل نشود. مشاهدات پس از وقوع زلزله مبین این نکته است که خرابی های سازه ای بیشتر در ناحیه اتصالات بوده و گسیختگی سایر المان های سازه ای کمتر اتفاق افتاده است. با تقویت و مقاوم سازی اتصالات بتنی با FRP می‌توان ظرفیت خمشی و همچنین ظرفیت برشی اتصال را افزایش داد. به علت دورگیری، بکارگیری این روش میزان شکل‌پذیری اتصال را نیز افزایش می‌دهد. با استفاده از FRP می‌توان بدون افزایش ابعاد اتصال، مقاومت آن را افزایش داد. استفاده از تقویت اتصال بتنی با FRP، نسبت به روکش فولادی ارجح تر است، زیرا تقویت اتصال با FRP برخلاف فولاد دچارخوردگی نمی‌شود و می‌تواند در مقابل خوردگی اسیدها، بازها و مواد مهاجم مشابه در دامنه وسیعی از دما مقاومت کنند. در نتیجه نیاز به سیستم های حفاظت از خوردگی نمی‌باشد و آماده کردن سطوح اعضا قبل از تقویت اتصال بتنی با FRP و نگهداری از آنها بعد از نصب، آسانتر از ورق فولادی است. لازم به ذکر است که در استفاده از FRP بر خلاف روش تقویت با روکش بتنی نیاز به افزایش ابعاد اتصال و عملیات ساختمانی پر حجم نمی‌باشد.
در صورتیکه در مقاوم سازی و تقویت اتصال بتنی با FRP، انتهای اعضای متصل به محل تقاطع تیر و ستون محصور گردد، تقویت برشی در محدوده مفصل پلاستیک تیر و ستون صورت می‌پذیرد ولی هسته اتصال از لحاظ برشی تقویت نمی‌گردد و در صورتیکه FRP به صورت خمشی در ناحیه لنگر منفی (ناحیه فوقانی تیر) قرار گیرد (با توجه به اینکه FRP در حالت معمولی از یک تیر به تیر دیگر از طریق اتصال عبور نمی‌نماید، بلکه از روی تیر به روی ستون قرار می‌گیرد) عملاً مهار نیروی کششی در محدوده اتصال ایجاد نمی‌گردد بنابراین نتیجه‌گیری می‌گردد در این تقویت خمشی تیر در ناحیه اتصال با استفاده از مصالح FRP امکان‌پذیر نبوده و افزایش ظرفیت گیرداری در محل اتصال اتفاق نمی‌افتد.
به عنوان یکی از راه‌حل های دسترسی به هسته اتصال، بکارگیری مهارهای الیافی در داخل سوراخ های ریز ایجاد شده درون اتصال، می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد. با توجه به این مطلب که لنگر در ناحیه اتصال منفی است و بزرگترین مقدار لنگر در محل اتصال رخ می‌دهد بنابراین نمی‌توان نوارها یا صفحاتFRP را که برای تقویت بروی تیر و ستون چسبانده می‌شوند، در محل اتصال و یا قبل از آن قطع کرد بلکه بایـد نوارهای FRP را به نحو مناسبی در انتهای اتصال مهاربندی کرد. با توجه به شرایط مقاوم سازی و شکل تیر و ستون، طرحهای متفاوتی برای مهاربندی انتهای FRP در اتصالات وجود دارد که توسط شرکت مقاوم سازی افزیر و از تجربیات موجود در پروژه ها استفاده می‌گردد.
بدلیل وجود میلگرد داخلی در مقطع اتصال، این نوع مهاربندی تنها در صورتی می‌تواند استفاده شود که عرض ورق و یا نوارFRP کم باشد تا در سوراخ های ایجاد شده بین دو میلگرد داخل دیوار بتواند قرار گیرد. اغلب روش های مرسوم، بر روی روش هایی متمرکز شده اند که به همین صورت انتهایFRP مهاربندی شده است. نتایج و تجربیات نشان داده است که این نوع مهاربندی عملکرد خوبی دارد و سوراخ های ایجاد شده را نیز باید پس از قرار گرفتن FRP، مجدداً با ملات اپوکسی پر کرد. برای پر کردن این سوراخ ها ملات سیمان مناسب نیست زیرا افت سیمان سبب تأثیر منفی بر مقاومت مهاربندی FRP می‌گردد.
