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 می برد. نیروهای پس کشی توسط تاندون های پس کشیده استاندارد یا میلگردهای مقاومت بالا تامین می شود.

مراحل اجرای سیستم پس کششی FRP :

• در صورت ناصاف بودن سطوح قبل از اجرای پس کشی باید سطح صاف و آماده شود تا از توزیع یکنواخت نیروهای پس کشی در مقطع عضو اطمینان حاصل شود.
• ترک های موجود با تزریق اپوکسی یا روش های دیگر برطرف شود.
• تاندون ها در نقاط مهاری (معمولا انتهای عضو) نصب شوند.

سیستم های پیش تنیده مقاوم سازی با FRP

در حالت کلی، تنها بخشی از مقاومت کششی ورق های FRP در حالت غیر پیش تنیدگی مورد استفاده قرار می گیرد. با القای پیش تنیدگی به ورق های FRP می توان به شکل بهتری از ظرفیت این ورق ها استفاده نمود. در واقع پیش تنیدگی مزایایی چون دوام عالی، بهبود سرویس دهی و ظرفیت نهایی را با هم ترکیب می کند. با استفاده از پیش تنیدگی در عین حال که ظرفیت باربری مقطع افزایش پیدا می کند، شکل پذیری آن نیز افزایش می یابد.

مزایای استفاده از FRP پیش تنیده

• افزايش قابليت سرويس دهي سازه و كاهش تغيير شكل ها
• موثر در كاهش عرض ترك و تاخير در ايجاد ترك ها
• از بين بردن كرنش هاي داخلي آرماتور
• افزايش مقاومت در برابر شكست ناشي از خستگي
• جاري شدن ميلگرد هاي داخلي در نيرو هاي بالاتر
• كاهش تنش هاي ناشي از بار هاي مرده و زنده بر روي سازه
• افزايش ظرفيت نهايي مقطع
• افزايش ظرفيت برشي به وسيله افزايش تنش هاي طولي پيش تنيدگی

روش ایجاد پیش تنیدگی در ورق های FRP

• روش سيستم هاي تير منحني (Cambered Beam System)
• روش سيستم هاي كشش برخلاف تير مستقل (Tensioning Against an Independent Beam System)
• روش سيستم هاي كشش بر خلاف تير اصلي (Tension Against the Strengthened Beam)

محدودیت های پیش تنیدگی و تنش لایه لایه شدن بتن

ورق هاي پيش تنيده با نيروي زياد تمايل به ايجاد تنش برشي بالا در ابتدا و انتهاي ورق FRP را دارند. اين تنش برشی ميتواند منجر به از بين رفتن كاور بتن حتي در تنش هاي پيش تنيدگی پايين گردد. برای جلوگيری از چنين اتفاقی، ميبايست اقدامات لازم در زمان طراحی مورد توجه قرار گيرد. مقاومت برشی بتن را مي توان با تقويت عرضی بتن بهبود داد. هم چنين اضافه كردن انكر در انتهای ورق FRP نيز ميتواند تغيير شكل برشی را كاهش دهد.

روش سيستم های تير منحنی

در اين روش ورق های FRP به صورت غير مستقيم و با بالابردن و خم كردن تير اصلی با استفاده از جك های هيدروليك در وسط دهانه تير، پيش تنيده می گردند. در اين روش تير در حالت تغيير شكل داده شده،به وسيله جك ها نگهداری می شود. سپس ورق های FRP به سطح زيرين تير چسبانده می شود و در نهايت زمانی كه ماده اپوكسی كاملا عمل آوری شد، جك ها برداشته می شوند.

در اين روش پيش تنيدگی پس از برداشتن جك ها و فقط در سطح پايين تير صورت می پذيرد. عيب اين روش آن است كه سبب استفاده ناكارآمد از مصالح گرديده و می تواند منجر به آسيب به بتن گردد.

روش سيستم های كشش برخلاف تير مستقل

اين روش كه مراحل آن در شكل زیر نمايش داده شده است، شامل كشش ورق های FRP بر خلاف يك سيستم و تيری مستقل از تير اصلی كه می خواهيم آن را تقويت نماييم است.در اين روش دو انتهای ورق FRP به ورق های فولادی بسته شده و توسط جك هايی بر روي يك تخت تنش و برخلاف عكس العمل چهارچوب فولادی كشيده می شود (مستقل از تير اصلی). در حالی كه ورق FRP كشيده شده است، سطح پاييني تير و سطح بالايي ورق FRP كه بر روي تخت تنش قرار دارد، به يكديگر متصل شده و به وسيله چسب اپوكسی به يكديگر می چسبند. وقتي كه چسب اپوكسی كاملا عمل آوری شد، سيستم پيش تنيدگی آزاد می گردد و نيروی پيش تنيدگی به تير بتنی منتقل می گردد و سپس دو سر ابتدا و انتهای ورق FRP كه به وسيله ورق های فولادی نگهداری می شد، بريده می شود. اين روش در مقياس آزمايشگاهی و براي تير های كوچك بسيار مناسب بوده اما براي استفاده و كاربرد در مقياس بزرگ و تير های واقعی، نياز به تجهيزات ويژه دارد.

روش سيستم هاي كشش بر خلاف تير اصلی

اين روش  انكر های مجزايی به تير بتنی متصل می شوند، ورق های FRP  پيش تنيده به صورت مستقيم كشيده شده و به انكر های روی تير متصل می گردد.ليزومو رفتار تير T شکل را كه به وسيله صفحه FRP از جنس كربن پيش تنيده شده بود را بررسی نمود. نتايج نشان داد كه با پيش تنيده كردن ورق های FRP به اين روش و با نيروی پیشتنیدگیبا 23 درصد ظرفیت نهایی کششی FRP از جنس کربن، می توان مقاومت خمشی تير را تا 11 درصد بهبود داد.

تحقيقات ديگر بسيار زياد و متنوعی در اين زمينه انجام شده است كه نشان می دهد استفاده از این روش برای تقويت تير های بتنی به وسيله FRPهای پیش تنیده، سبب افزایش کارایی و مقاومت تیر می گردد.

مقايسه روش های پيش تنيدگی در كاربرد های عملي و ميدانی

از بين سه روش اشاره شده در اين گزارش، بايد گفت كه هر روش مزايا و معايب مربوط به خود را دارد. وقتي كه ورقه FRP برخلاف تير اصلی يا برخلاف يك تير خارجی كشيده ميشود، يك سطح قابل قبولي از پيش تنيدگی را در خود ایجاد می نماید. مزيت كشيده شدن بر خلاف تير اصلی اين است كه نياز به تجهيزات سبك دارد و اين روش را میتوان در بسياري از موقعیت ها از جمله محل هايی كه دسترسی به سازه با محدوديت مواجه است، به كار برد. مزيت پيش تنيدگي بر خلاف تير خارجي اين است كه انكر هاي پيش تنيدگی در اين روش سبب ايجاد ناهمواري روي تير نميگردد و در عيت حال اين روش به نيروی كار كمتری براي اجرا و پياده سازی نيازمند است. بايد به اين موضوع نيز توجه داشت كه استفاده از FRP پیش تنیده مستقل از نوع روش مورد استفاده برای پیش تنیدگی به نیروی کار بیشتری نیاز است.