مقاوم سازی تیر بتنی
تیرها عموما بصورت افقی و یا شیبدار در سازه قرار می گیرند و بارهای قائم وارده بر محور خود را به ستون ها منتقل می کنند. در زلزله های شدید ستون ها نباید آسیب ببینند و خرابی باید به تیرها و یا بادبندها منتقل شود بدین منظور به هنگام مقاوم سازی ساختمان همواره تیر مقاوم سازی شده نباید قوی تر از ستون متصل به آن باشد.
شکست‌های برشی و خمشی، دو حالت عمده شکست در تیرهای بتنی می‌باشند. شکست خمشی عموماً نسبت به شکست برشی، ارجح است زیرا رفتار شکل‌پذیرتری از خود نشان می‌دهد. شکست نرم امکان پخش مجدد تنش را فراهم می‌آورد و به کاربران و حاضران در محل نیز فرصت بیشتری برای پی بردن به وضعیت بحرانی تیر می‌دهد. همچنین خرابی تیر بتن مسلح می‌تواند به علت تهاجم یون‌های شیمیایی صورت بگیرد. در شکل زیر خرابی تیرها در اثر تهاجم یون‌های شیمیایی و تأثیر نیروهای لرزه ای نشان داده شده است. آسیب هایی از این قبیل نیاز به مقاوم سازی تیر بتنی را افزایش می دهد.
[aparat id="I02rb"]روش های مقاوم سازی تیرهای بتن مسلح کدام است؟
برای مقاوم سازی تیرهای بتن مسلح می‌توان از راهکارهای زیر استفاده نمود:
- مقاوم سازی سازه ها با ژاکت بتنی
- مقاوم سازی سازه ها با ژاکت فولادی
- استفاده از نبشی و رکابی
- تقویت خمشی تیر با FRP
- تقویت برشی تیر با مصالح FRP
- افزایش مقاومت موضعی تیرهای دارای سوراخ
- اعمال سیستم مهاربندی در انتهای لایه FRP
- اعمال سیستم پیش تنیدگی در لایه FRP
- استفاده از پیشتنیدگی خارجی در تیر بتنی
خوردگی آرماتور و از بین رفتن پوشش تیر بتنی[/caption]
مقاوم سازی تیر استفاده از ژاکت بتن مسلح
در تیرها می‌توان از ژاکت بتنی تیر در سه و یا چهار وجه تیر برای مقاوم سازی تیر بتنی و افزایش مقاومت آن استفاده نمود. با این روش می‌توان ناحیه کششی و فشاری تیر را با ژاکت بتنی تیر جدید تقویت کرد.
برای تکمیل مکانیسم انتقال نیرو بین مصالح قدیم و جدید، زبر نمودن سطح بتن قدیمی و جوش دادن میلگردهای اتصال با آرماتورهای جدید و قدیم ضروری می‌باشد. اجرای ژاکت بتنی تیر در هر چهار وجه تیر موثرترین روش برای مقاوم سازی تیر بتنی می‌باشد. در این شیوه ضخامت بتنی که به وجه بالایی تیر افزوده می‌گردد باید در ضخامت سقف گم شود. اجرای تنگ ها نیز از طریق سوراخ هایی که در فواصل نزدیک به هم در دال سقف ایجاد می‌شود امکان‌پذیر می‌باشد. نمونه های از روکش بتنی در چهار وجه تیر در نشان داده شده است.
[caption id="attachment_47527" align="aligncenter" width="533"]
مقاوم سازی تیر بتنی با ژاکت بتنی[/caption]
مطابق با پیشنهاد آیین نامه ژاکت بتنی در سه وجه تیر برای افزایش ظرفیت خمشی و برشی تیر در برابر بارهای قائم انجام می‌شود، اما به دلیل آنکه در این حالت، افزایش ظرفیت باربری مقاطعی از تیر که در نزدیکی تکیه‌گاه ها قراردارند امکان‌پذیر نیست، تیر را نمی‌توان درمقابل بارهای جانبی زلزله تقویت نمود. موفقیت این روش مستلزم مهار مناسب خاموت ها از ضلع‌های بالایی روکش است. بـه دلیل آنکه استفاده از قالب و ریختن بتن از بالای تیر امکان‌پذیر نیست تنها راه ممکن استفاده از بتن پاشی می‌باشد. نمونه ای از روکش بتنی در سه وجه تیر در اشکال 3 نشان داده شده است.
[caption id="attachment_47817" align="aligncenter" width="411"]
جزئیات اجرایی مقاوم سازی با ژاکت بتنی[/caption]
[caption id="attachment_47818" align="aligncenter" width="579"]
نحوه ی اجرای ژاکت بتنی در تیر[/caption]
تقویت تیر بتنی با روکش فولادی
برای تقویت خمشی تیر بتنی می‌توان ورق‌هایی به ضخامت حداکثر 3 سانتی متر را با رزین اپوکسی به وجه کششی تیر چسباند. چسباندن ورق به وجه قائم تیرها در نزدیکی تکیه‌گاه ها موجب افزایش ظرفیت برشی و چسباندن ورق به بال تحتانی موجب افزایش ظرفیت خمشی تیرمی‌گردد . در صورت نیاز به استفاده از ورقه‌هایی با ضخامت بیشتر باید از آرماتورها و بولت های مهاری برای انتقال برش استفاده نمود. در این حالت نیز توصیه می‌شود ابتدا ورق فولادی با چسب اپوکسی چسبانده شده و بعد آرماتورها به صورت میانگذار یا کاشته شده مورد استفاده قرار گیرد.
[caption id="attachment_47529" align="aligncenter" width="602"]
مقاوم سازی تیر بتنی با صفحات فولادی[/caption]
[caption id="attachment_47819" align="aligncenter" width="800"]
جزئیات اجرای مقاوم سازی تیر بتنی با صفحات فولادی[/caption]
مقاوم سازی تیر با استفاده از نبشی و رکابی
در این روش مقاوم سازی سازه، مقاومت کششی با استفاده از دو نبشی تأمین می‌شود. این نبشی‌ها در کنج تیر قرار می‌گیرند و در این حالت رکابیها از پایین به نبشی جوش می‌شوند و از بالا به روی بتن سقف کاملاً مهار می‌شوند و محاسبات آن شبیه به تسمه‌های فولادی است. فقط به جای تسمه فولادی معادل نبشی قرارداده می‌شود. در آرماتورها کشش اولیه‌ای ایجاد می‌گردد که باعث کیپ شدن نبشی‌ها به تیر بتنی و عملکرد مشترک در رکابی و تیر بتنی می‌گردد. از آنجا که با افزایش بار احتمال ترک در بتن می‌رود، از مقاومت Vc در طراحی صرف‌نظر می‌شود.
مطابق می‌توان بجای استفاده از ورق های فولادی که در وجوه تیر نصب می‌شوند از قفس‌های فولادی بصورت نبشی و رکابی استفاده نمود
[caption id="attachment_47820" align="aligncenter" width="685"]
جزئیات اجرایی مقاوم سازی تیر بتنی با نبشی فولادی[/caption]
تقویت خمشی تیر با مصالح FRP
اتصال مصالح FRP به ناحيه كششي بتن به طوري كه راستاي الياف آن در جهت طولي يك عضو خمشي باشد، باعث افزايش مقاومت خمشي آن عضو مي گردد. مباحث اين بخش افزايش مقاومت خمشي اعضاي قاب خمشي شكل پذير مقاوم در برابر زلزله را كه انتظار تشكيل مفصل پلاستيك در آن باشد، در بر نمي گيرد. در طراحي اين حالات بايد رفتار قاب تقويت شده با در نظر گرفتن كاهش قابل توجه چرخش و انحنا در قسمت هاي تقويت شده مورد بررسي قرار گيرد . همچنين در اين وضعيت تاثير بارهاي متناوب بر مصالح FRP نيز بايد بررسي شود.
[caption id="attachment_47530" align="aligncenter" width="533"]
مقاوم سازی تیر بتنی با الیاف FRP[/caption]
اين بخش دربردارنده ضوابط كلي استفاده از مصالح FRP شرکت آلمانی (CTech-LLC) به عنوان ركابي هاي خارجي، به منظور افزايش مقاومت برشي مقاطع بتن آرمه مي باشد. در اين روش صفحات FRP به وجوه جانبي تير چسبانده مي شود بطوري كه راستاي الياف عمود بر محور طولي تير يا مايل باشد . براي داشتن ركابي خارجي uشکل، مصالح FRP به صورت ممتد روي دو وجه جانبي و زير تير نصب مي شود كه اين امر سبب بهبود مهاري تقويت خمشي FRP نيز مي گردد. براي افزايش كارآيي تقويت هاي برشي، تامين مهار انتهايي لازم است. به طور مثال در شكل 8 در حالتي كه طول مهاري محدود باشد، با تعبيه نوارهاي طولي اضافي به انتهاي ركابي هاي uشکل مهار انتهايي تامين شده است.
افزایش مقاومت موضعی تیرهای دارای سوراخ
یکی دیگر از کاربردهای FRP افزایش مقاومت موضعی تیرهای دارای سوراخ (معمولا تأسیساتی) می‌باشد. در این روش می‌توان اطراف سوراخ‌ها را بطور موضعی با FRP تقویت کرد.
اعمال سیستم مهاربندی در انتهای لایه FRP
سیستم مهاربندی اصولاً به این جهت در مقاوم سازی ساختمان مورد استفاده قرار می‌گیرد که بتوان از ظرفیت باربری سیستم FRP نهایت استفاده را برد. گسیختگی های ناشی از جداشدگی لایه‌های FRP عموماً در اثر نبود چنین سیستمی می‌باشد. در این روش از دور آرماتور کردن کامل انتهای FRP توسط نوارهایی از FRP استفاده می‌گردد.
با توجه به اینکه معمولاً، ناحیه فوقانی تیرهای موجود به دلیل وجود دال، قابل دستیابی نیستند، از نوارهایی که فقط سطوح پایینی و جانبی تیر را می‌پوشانند استفاده می‌گردد. از سایر روش ها نیز می‌توان به استفاده از آرماتورهای مخصوص در انتهای لایه FRP نام برد. این روش یکی از اولین روش ها بوده که جهت نصب و مهاربندی صفحات فولادی مورد استفاده قرارمی‌گرفت. بر اساس مطالعات انجام شده، این روش بر روی لایه‌های کامپوزیتی نیز مناسب بوده و اثر مثبتی از خود نشان می‌دهد ولی مشکلی که ایجاد می‌کند سوراخ شدن لایه FRP بوده که اثر نامطلوبی بر عملکرد آن خواهد داشت و باعث ایجاد تمرکز تنش در FRP می‌گردد.
[caption id="attachment_47822" align="aligncenter" width="457"]
جزئیات اجرایی اعمال سیستم مهاربندی در انتهای لایه FRP[/caption]
اعمال سیستم پیشتنیدگی در لایه FRP
این روش تقریباً مشابه روش مهاربندی در انتهای لایه FRP می‌باشد، زیرا در این روش برای ایجاد پیشتنیدگی تعبیه سیستم مهاری لازم است. تنها فرق این روش، اعمال نیروی پیشتنیدگی قبل از نصب کامل و عمل آوری لایه FRP می‌باشد.
می‌توان نوارها یا صفحات پیش‌تنیده FRP تولید شده در شرکت (CTech-LLC) را قبل از چسباندن بر روی بتن، پیش‌تنیده کرد. مزیت اصلی این کار این است که چنین نوارهایی پس از چسبانده شدن بر روی المان در باربری المان سهیم می‌شوند و برای شرکت آن ها در ظرفیت باربری المان دیگرنیازی به اضافه شدن بر مقدار بارهای وارده بر المان نمی‌باشد. همچنین پیشتنیدگی این نوارها باعث کاهش عرض ترک های موجود درطول المان می‌شود که این در برخی موارد موضوع بسیار حیاتی و مهمی می‌باشد. علاوه بر این ها بدلیل اینکه مصالحFRP مقاومت کششی بالایی دارند، پیش‌تنیده کردن آنها سبب استفاده بهتر و افزایش بهره‌وری از آن ها می‌گردد. البته این روش نیازمند نیروی کار ماهرتر و دقت بیشتر در طراحی و اجرا می‌باشد.
پس از آماده‌سازی سطح بتن، نوارFRP تا سطح معینی تحت کشش قرار گرفته است. سپس هم بر روی سطح بتن و هم برروی سطح نوار چسب زده می‌شود. سپس تیر بتنی بالا برده می‌شود تا به نوار تحت کششFRP چسبانده شود. بعد از آن با اعمال فشار اندکی بر روی نوارFRP ، عمل‌آوری چسب انجام می‌شود. پس از اتمام عمل‌آوری، گیره های فولادی درنزدیکی دو انتهای نوارFRP جهت مهاربندی کافی نصب می‌گردند. پس از این مراحل و اتمام عملیات مهاربندی، نوارFRP (خارج ازمحدوده مهاربندی شده) بریده می‌شود. سپس صفحات ضخیمFRP درست در مجاورت دو گیره فولادی، روی صفحه پیش‌تنیده قرارگرفته برسطح بتن، چسبانده می‌شود. بعد از عمل‌آوری چسب، سوراخ هایی از میان ضخامت این صفحات ضخیم و نوار پیش‌تنیده بـه درون تیر بتنی ایجاد می‌گردد و سپس بولت ها همراه با تزریق اپوکسی به داخل این سوراخ ها، فرو برده می‌شوند. پس ازعمل‌آوری چسب اطراف این بولت ها، گیره های فولادی دو انتهای نوار پیش‌تنیده برداشته می‌شود و طول اضافی این نوار (خارج از صفحات ضخیم انتهایی) بریده می‌شود. به این ترتیب عملیات به انجام می‌رسد
بطور کلی پیش تنیدگی در FRP دارای مزیت‌هایی از قبیل:
- افزایش سختی
- کاهش عرض و توزیع ترک ـ بهبود خدمت‌پذیری و دوام
- تقویت برشی و خمشی تیر بتنی (بدلیل ترک نخوردن مقطع)
- اجتناب از مودهای شکست ناشی از پوسته پوسته شدن در ناحیه ترکها و انتهای لایه FRP ـ افزایش ظرفیت مقطع (تار خنثی نسبت به حالت غیر پیش‌تنیده پایین‌تر قرار می‌گیرد) ـ افزایش بار تسلیم مقطع می‌باشد.
بنابراین دو روش بیان شده به گونه‌ای عمل می‌کند که انتهای لایه FRP را محکم نگه داشته و بعد از ایجاد جدا شدگی، از لغزش و جدا شدگی کامل لایه FRP جلوگیری نماید.
[caption id="attachment_47531" align="aligncenter" width="533"]
مقاوم سازی تیر بتنی با استفاده از سیستم پیش تنیده FRP[/caption]
در عمل، استفاده از مهاربندی مکانیکی انتهایی می‌بایست موقعی مدنظر قرارگیرد که کاربرد آن لازم باشد و همچنین تأثیر و سودمندی آن برای حفظ چسبندگیFRP و بتن به اثبات برسد. در بسیاری از موارد، مهاربندی با استفاده از نوارهای U شکل انتهایی،امکان پذیر و یا مؤثر نمی‌باشد همانند مقاوم سازی تیرهای با عرض زیاد یا دال ها. در چنین مواردی لازم است راه های دیگری برای مهاربندی مکانیکی بررسی و ابداع گردد. یکی از این راه ها، استفاده از مهارهای الیافی می‌باشد.
پیشتنیدگی خارجی جزء روشهای نوین مقاوم سازی تیر بتنی می‌باشد. کابلهای پیشتنیدگی بکار گرفته شده برای این کار از همان نوع کابل‌ها و مفتول های متداول در کارهای پیشتنیدگی هستند. مقاوم سازی تیر بتنی بدین روش می‌تواند موضعی و یا کلی باشد. در حالت کلی نیروهای پیشتنیدگی که به سازه مقاوم شده القا می‌گردند، منجر به باز توزیع نیروهای داخلی گشته و باعث کاهش تنشها در اعضا نسبت به حالت اولیه آنها می‌شوند. با این حال ممکن است در برخی دیگر از اعضای سازه، پیشتنیدگی موجب افزایش تنش گردد. به همین دلیل در استفاده از پیشتنیدگی خارجی باید آنالیز تنش در سازه مقاوم سازی شده به دقت مورد بررسی قرار گیرد.
جدا از مسئله مهارها، به هنگام استفاده از کابل های پیشتنیدگی یک سری المان های اضافی که اکثرا شامل انواع مختلفی از سخت کننده‌هاست، مورد نیاز است. این امر به ویژه در پیشتنیدگی موضعی دیده می‌شود زیرا پیشتنیدگی، نیروهای متمرکز جدیدی شامل نیروهای محوری اضافی در اعضا بوجود می‌آورد، از این رو اعضا باید بصورت موضعی برای حفظ پایداریشان تقویت شوند.