مقاوم سازی تیرهای بتنی پل با FRP

تیرهای پل از مهم ترین اجزای پل می باشند که تمام پایه ها را به هم متصل و در برابر بارهای جانبی مقاومت می کنند. تیرها با استفاده از تجهیزات ساخت و ساز مانند جرثقیل به موازات جهت ترافیک بر روی کوله یا پایه ها قرار خواهند گرفت. عرشه بر روی بال اصلی قرار می گیرد تا ظرفیت جانبی در برابر کمانش را فراهم کند. تیرهای پل برای دهانه کوتاه بسیار مفید هستند اما در دهانه های بلند معمولا تیرها باید بر روی پایه پل قرار بگیرند در این حالت می توان از چندین دهانه تیر ساده استفاده کرد. گاهی اوقات یک تیر بزرگ می تواند از پرچ یا جوش شدن ورقه های آهنی بزرگ ساخته شود. فروافتادن تیرها در جهت طولی و عرضی ممکن است تنها مفهوم رویداد لرزه ای باشد زمانی که روسازه از زیرسازه تنها به وسیله غلتک های نگه دارنده از هم جدا شده باشند به عبارت دیگر پل های با دهانه ساده در طول زمین لرزه در معرض فروریختن قرار دارند در حالی که خطر فروریختن در پل های پیوسته رو به کاهش است زیرا نیروی افقی در اینگونه پل ها در انتها به ستون ها و کوله پل خواهد رسید ولی در پل های با دهانه ساده این نیرو تنها توسط تیرها تحمل می شود. بنابراین مقاوم سازی تیرهای پل برای افزایش ظرفیت برشی، خمشی، افزایش شکل پذیری ،جلوگیری از خوردگی و ترک خوردگی برای حفظ طول عمر پل ها حیاتی است.

علل مقاوم سازی تیرهای پل

خرابی و طول عمر پل ها تنها دلیل برای تقویت المان تیر در پل ها نمی باشد عوامل دیگری مانند
– افزایش ظرفیت خمشی، برشی و پیچشی
– ارتقا سطح استانداردهای طراحی
– خطاهای طراحی و ساخت وساز
– افزایش بارهای غیرمتقربه مانند افزایش بار ترافیک یا افزایش بار کامیون ها فراتر از مقدار طراحی شده
– خرابی ناشی از عوامل محیطی مانند خوردگی
– و زمین لرزه
از جمله عواملی است که موجب لزوم تقویت تیرها می شود.

معایب تیرها در پل

تیرها از جمله اجزایی از پل هستند که هزینه بر می باشند زیرا فولاد به عنوان یک ماده ساختمانی گران قیمت شناخته می شود پس باید از تیرهای بتنی استفاده شود که ارزان تر هستند. تیرهای بتنی در برابر نیروهای کششی بالا مقاومت چندانی ندارند و نیاز به مقاوم سازی دارند.

روش های مقاوم سازی تیرهای پل

یکی از روش های غلبه بر مشکلات مطرح شده، مقاوم سازی تیرهای پل ها است. مقاوم سازی می تواند با اضافه کردن اعضا، اضافه کردن تکیه گاه و یا استفاده از اتصالات خارجی مانند ژاکت فولادی، ژاکت فلزی و یا مصالح FRP باشد که در این میان روش اتصالات خارجی کامپوزیت های FRP توجه زیادی را به خود جلب کرده است که اغلب برای افزایش ظرفیت باربری اعضای بتن مسلح استفاده می شود. در واقع مصالح FRP بر روی تیر بتنی نصب می شوند و مانند تقویت های داخلی فولادی عمل می کنند.

مزایای استفاده از کامپوزیت های FRP جهت تقویت تیرهای پل

– افزایش ظرفیت برشی در تیرهای پل در نزدیکی تکیه گاه ها که مشکل برشی وجود دارد
– افزایش ظرفیت خمشی در تیرهای پل
– افزایش شکل پذیری که از مهم ترین مزایای مصالح FRP می باشد
– جلوگیری از خوردگی و زنگ زدگی
– جلوگیری از افزایش وزن سازه نسبت به روش های سنتی
– جلوگیری از ترک خوردگی و یا کنترل ترک ایجاد شده و جلوگیری از گسترش آن
– هزینه¬ پایین نصب و تجهیزات نسبت به روش های سنتی
– مقاومت کششی بالا
– افزایش مقاومت نهایی به میزان 40 تا 97 درصد
– استفاده از مصالح FRP در ناحیه کششی سختی را 17تا 79 درصد افزایش می دهد

تقویت خمشی تیرهای بتن آرمه می تواند هم به صورت اتصال خارجی مواد( FRP (EBR و هم به صورت اتصال نوار و میلگردهای FRP در نزدیکی سطح (NSM) صورت گیرد. در هر دو روش چسبندگی بین مواد FRP و سطح بتن برای رسیدن به مقاومت خمشی، سختی و جلوگیری از گسیختگی زودرس باید مطلوب باشد.
رفتار چسبندگی و رفتار انتقال بار بین تیر و صفحات FRP تأثیر قابل توجهی بر رفتار شکست و بهبود توزیع تنش در تیرها دارد.

افزایش ظرفیت برشی تیرهای پل با استفاده از مواد FRP:

تیرهای بتنی مقاومت برشی بسیار ناچیزی دارند و همین امر باعث ایجاد ترک های برشی به خصوص در ناحیه تکیه گاه ها که دارای ماکزیمم برش هستند، می شود. برای افزایش ظرفیت برشی در تیرها نکات زیر را باید در نظر بگیریم:
– الیاف باید به صورت قائم و عمود بر راستای تیر نصب شوند.
– الیاف می توانند هم به صورت پیوسته و هم به صورت گسسته استفاده شوند.
– برای جبران ضعف برشی تیرها الیاف را باید در نزدیکی محل تکیه گاه نصب کرد.

افزایش ظرفیت خمشی تیرهای پل با استفاده از مواد FRP:

یکی از ضعف های عمده تیرها در دهانه های بلند پل ها کمبود ظرفیت خمشی است. در این تیرها به دلیل کم بودن نسبت ضخامت و ارتفاع نسبت به دهانه تیر در وسط دهانه خیز اتفاق خواهد افتاد. به همین دلیل برای افزایش ظرفیت خمشی تیرها الیاف FRP در وسط دهانه تیر و در راستای طولی نصب می شوند.

کنترل ترک ایجاد شده و جلوگیری از گسترش آن با استفاده از مواد FRP:

با توجه به کمبود ظرفیت برشی و خمشی در تیرها عمدتاً دو نوع ترک در آنها رخ خواهد داد:
– ترک برشی: به صورت مایل و عموماً در نزدیکی تکیه گاه
– ترک خمشی: به صورت قائم و عمود بر راستای میلگردهای طولی
به طور کلی برای جلوگیری از گسترش ترک الیاف باید عمود بر راستای ترک نصب شوند.

نصب مصالح FRP به تیرهای پل

ورقه ها و نوارهای FRP بر هر سه سمت تیر و در نواحی با لنگر مثبت نصب می شوند. یک نصب موفق مستلزم آماده سازی دقیق سطح و ایجاد شرایط مناسب است. ابتدا سطحی که قرار است ورقه های FRP برروی آن نصب شوند باید از هرگونه مواد ناسالم و سست پاک شود به طوری که سنگدانه ها نمایان شوند این کار را می توان با استفاده از ورق سمباده انجام داد. سطح بتن و سطح ورقه ها یا نوارهای FRP باید با استون تمیز شوند. برای بهبود عملکرد سطح و مصالح FRP می توان سطح تیر را با استفاده از بتونه ای نازک پوشاند. سپس سطح تیر و هر دو سمت ورقه های FRP را به اپوکسی آغشته می¬کنیم و نهایتا ورقه های FRP را به سطح مورد نظر چسبنده و فشار می دهیم تا حباب های هوا در زیر لایه باقی نماند.

روش های دورپیچ کردن ورقه ها و نوارهای FRP:

در تیرهای پل، چون سطح فوقانی تیر در دسترس نیست فقط از دو روش دور پیچ کردن می توان استفاده کرد:
– U شکل یا سه طرف دورپیچ: در این روش در سه طرف تیر مصالح FRP با چسب متصل می شوند.
– دو طرف دورپیچ: در این روش دو دوسطح روبروی هم مصالح FRP متصل می شوند
– سه طرف دورپیچ همراه با مهارمکانیکی: در این روش در قسمت های فوقانی FRP تمام شده و با استفاده از مهار مکانیکی مانند انکربولت سطح FRP به سطح تیر دوخته می شود. آیین نامه ACI درباره این روش صحبت نمی کند.

نکات استفاده از مصالح FRP برای مقاوم سازی تیرهای پل

– مصالح FRP را می توان به صورت پیوسته (ورقه های FRP ) و به صورت گسسته ( نوارها و میلگردهای FRP ) استفاده کرد که معمولاً استفاده آن به صورت پیوسته توصیه نمی شود زیرا تمام سطح بتن را می پوشاند و مانع از نفس کشیدن بتن می دشود.
– مود گسیختگی ایده آل مود گسیختگی خمشی است چون مود شکل پذیر است و گسیختگی در آن به صورت ناگهانی رخ نمی دهد بنابراین مقاوم سازی باید به گونه ای باشد که تقویت برشی بیش از تقویت خمشی باشد. به همین منظور هرگاه مصالح FRP برای تقویت خمشی تیر استفاده شدند، تیر باید تقویت برشی نیز شود. عکس این کار در صورت عدم نیاز الزامی ندارد.

هزینه اجرای مقاوم سازی تیرهای پل با مصالح کامپوزیت پلیمری FRP شرکت افزیر

برای مشاوره و کسب اطلاع درمورد هزینه اجرای مقاوم سازی تیرهای پل با کارشناسان شرکت مقاوم سازی افزیر در تماس باشید.