دیوارهای بتنی یکی از عناصر اصلی باربر جانبی در ساختمان ها هستند. این دیوارها علاوه بر تامین مقاومت کافی، شکل پذیری ساختمان ها را هم افزایش داده و موجب می شوند تا شکست ترد در المان ها اتفاق نیفتد. از آن جایی که بخش عمده سختی ساختمان ها با دیوار برشی مربوط به سختی دیوار ها می باشد لذا نقص و ضعف در سختی، مقاومت و شکل پذیری آن ها یک نقص کلی در سیستم باربر جانبی ساختمان محسوب می شود و مقاوم سازی آن ها امری مهم در مقاوم سازی ساختمان تلقی می شود.
آسیب های وارده به دیوارهای بتنی :
انواع آسیب های وارد بر دیوارهای بتنی به شرح زیر است:
- ترک های برشی X شکل
- لغزش در امتداد درز ساختمانی
- آسیب دیدگی با ماهیت خمشی (ترک های افقی و خرد شدن ناحیه فشاری)
ترک های برشی x شکل
ظهور ترک های X شکل در دیوار های بتنی دومین نوع آسیب دیدگی محتمل در دیوارهای بتنی است. این آسیب دیدگی برشی نوعی گسیختگی ترد محسوب می‌گردد. به دلیل نوع آرایش ترک ها، تحت اثر بارهای قائم مثلث های متساوی الساقینی که در دو طرف تشکیل می شوند، تمایل به جدایی از سازه داشته و در نتیجه سازه فرو می‌ریزد.
لغزش در امتداد درز ساختمانی
نوع شایع تر آسیب دیدگی لرزه ای دیوارها ظهور ترک هایی در امتداد درزهای اجرایی است .وقوع این نوع آسیب‌دیدگی عمدتاً به این دلیل است که در هنگام اجرا، بتن قدیم به خوبی به بتن جدید متصل نشده است. تمام آیین‌نامه های جدید زلزله بر لزوم ایجاد پیوستگی در بتن به هنگام قطع شدن عملیات ساختمانی تاکید می‌کنند.
آسیب دیدگی با ماهیت خمشی
آسیب دیدگی از نوع خمشی در دیوارها به ندرت اتفاق می افتد. این مسئله عموماً به دلیل کمتر بودن لنگرهای خمشی ایجاد شده در پای دیوارها نسبت به مقادیر طراحی است. چرا که شالوده نیز با تغییر شکل خاک در هنگام زلزله می چرخد.از طرف دیگر تغییر شکل خاک، باعث تغییر عمده ای در نیروی برشی حمل شده توسط دیوار نشده و در نتیجه گسیختگی برشی غالب می شود.
پیشنهاد برای مطالعه
روش های مقاوم سازی دیوار بتنی
در صورتی که به هر دلیل مقاومت خمشی، برشی، شکل پذیری و یا سختی دیوار برشی کم باشد، دیوار را می توان با یکی از روش های مقاوم سازی سازه تقویت نمود :
- استفاده از روکش بتنی
- استفاده از ورق های فولادی
- استفاده از الیاف FRP
مقاوم سازی با استفاده از روکش بتنی
یکی از روش های مرسوم مقاوم سازی دیوارهای بتنی استفاده از روکش بتنی یا همان مقاوم سازی به روش ژاکت بتنی است. روکش بتنی می تواند به شکل های مختلفی اجرا شود. انواع روش های مقاوم سازی با استفاده از روکش بتنی به شرح زیر است:
- افزایش ضخامت دیوار بوسیله بتن پاشی
- احداث دیوار برشی جدید در مجاورت دیوار قدیمی
- پرکردن باز شوها با بتن مسلح
در این روش اتصال بتن قدیم و جدید از طریق کاشت بولت ها امکان پذیر می باشد. در این روش آرماتورهای جدید داخل دیافراگم و ستون نیز کاشته می شوند.
مقاوم سازی با استفاده از ورق های فولادی
اتصال ورق های فولادی با انکر بولت به دیوار بتنی در یک یا دو طرف نیز می تواند باعث افزایش مقاومت و شکل پذیری دیوارها گردد ولی باید در نظر داشت تقویت دیوارها، سبب شکست برشی ترد دیوار نگردد، بلکه باید شکست بصورت خمشی نرم ایجاد گردد.
مقاوم سازی با استفاده از الیاف FRP
جهت تامین ظرفیت و عملکرد مورد انتظار، تقویت، ترمیم و مقاوم سازی دیوار بتنی و نیز بنایی می‌توان از سیستم FRP استفاده کرد. استفاده از سیستم مقاوم سازی دیوار برشی با FRP، ضمن افزایش مقاومت خمشی و برشی، باعث توزیع تنش در کل صفحه به جای تمرکز در یک نقطه خاص می‌شود. لذا دیوار در مقابل بارهای جانبی دینامیکی و رفت و برگشتی زلزله و محیط های مستعد خوردگی محافظت می‌گردد.
در مجموع می‌توان با مصالح FRP به موارد زیر دسترسی پیدا کرد:
- مقاوم سازی دیوار های بتنی با FRP جهت افزایش مقاومت خمشی
- مقاوم سازی دیوار های برشی بتنی با FRP جهت افزایش مقاومت برشی
- افزایش سختی دیوار بتنی با FRP
- افزایش مقاومت در برابر انفجار
- کنترل گسترش ترک
- افزایش دوام و عمر – افزایش مقاومت در برابر خوردگی
- آب بند و عایق نمودن دیوار بتنی با FRP
- افزایش شکل پذیری دیوار بتنی با استفاده از FRP
- ترمیم ناشی از خوردگی دیوار بتنی با استفاده از FRP
پیشنهاد برای مطالعه
تقویت سازه ای دیوارهای برشی با FRP
انواع مختلف دیوارهای سازه ای مسلح و غیر مسلح را می‌توان با به روش مقاوم سازی با FRP تقویت کرد که عبارتند از:
- مقاوم سازی دیوارهای برشی بتنی با FRP
- تقویت دیوارهای بتنی غیر مسلح با FRP
- مقاوم سازی دیوارهای بنایی با FRP
تقویت برشی دیوار بتنی مقاوم سازی شده با مصالح FRP
برای جبران ضعف برشی دیوار، الیاف FRP تک جهته در راستای طول دیوار موازی با آرماتورهای عرضی به صورت افقی در دو وجه دیوار FRP نصب می‌گردد. نحوه عملکرد FRP بدین صورت می‌باشد که پس از ایجاد ترک برشی در بتن، کرنش در FRP در آن منطقه افزایش یافته و نیروها به FRP منتقل می‌گردد. نتایج نشان می‌دهد که تقویت برشی دیوار با صفحات FRP سبب افزایش مقاومت تسلیم، مقاومت نهایی و شکل پذیری دیوار می‌گردد. ظرفیت برشی FRP در این حالت بر اساس ظرفیت برشی مقاطع مستطیل شکل دورپیچ شده با الیاف FRP مشخص می‌گردد.
تقویت خمشی دیوار برشی بتنی مقاوم سازی شده با FRP
برای جبران ضعف خمشی دیوار ورق و الیاف FRP در راستای ارتفاع دیوار موازی با آرماتورهای طولی بر روی آن بطور قائم نصب می‌گردد. طریقه نصب معمولاً به این صورت می‌باشد که الیاف FRP در دو وجه دیوار نصب می‌گردد. نحوه همکاری الیاف FRP در تحمل خمش وارد بر دیوار، همانند نقشی است که آرماتورهای اصلی (قائم) درون دیوار ایفا می‌کند، در صورتیکه الیاف FRP به منظور افزایش مقاومت خمشی بر روی دیوار به صورت ارتفاعی استفاده شود، لازم است که انتهای آن به نحو مناسبی در پای دیوار مهار گردد تا نیروهای درون این صفحات به تکیه‌گاه پای دیوار انتقال یابد. برای مهار انتهای صفحات خمشی می‌توان از یک مقطع نبشی فولادی در مجاورت تکیه گاه دیوار که بر آن پیچ می‌گردد و یا از یک صفحه برشی FRP عمود بر لایه FRP خمشی در انتهای لایه استفاده نمود.
حالت شکست دیواری که دارای ضعف خمشی می باشد، با شروع ترکهای کششی به صورت افقی در لبه های دیوار نزدیک پای دیوار ایجاد می‌گردد و پس از آن خارجی‌ترین میلگردهای کششی تسلیم می‌گردند. تقویت خمشی دیوار با صفحات FRP سبب افزایش مقاومت ترک خوردگی، مقاومت تسلیم، سختی ثانویه در هنگام تسلیم و افزایش مقاومت نهایی دیوار می‌گردد. نوع شکست نیز به حالت شکل پذیر خمشی می‌باشد و شکست آن به صورت خرد شدن پنجه دیوار تحت فشار رخ می‌دهد. تا پیش از ترک خوردن بتن و جاری شدن فولاد داخل دیوار، مقدار مشارکت الیاف FRP در تحمل بارهای وارد کم است، اما پس از جاری شدن فولاد خمشی و ترک خوردن بتن کششی سهم FRP در تحمل خمش وارده به عضو به نحو قابل ملاحظه‌ای افزایش می‌یابد. حالت شکست در این نوع تقویت تا لحظه‌ای که FRP از روی سطح بتن جدا شده است شکل‌پذیر است. ولی پس از آن کاهش شدید در ظرفیت باربری عضو ایجاد می‌گردد. در صورتیکه از هر دو تقویت خمشی و برشی به صورت قرارگیری الیاف FRP به طور افقی و عمودی بر روی دیوار به صورت توام استفاده گردد افزایش در بار تسلیم، سختی ثانویه مقاومت نهایی و شکل پذیری، بیشتر از حالتهای قبل می‌باشد. در این سیستم مقاوم سازی با FRP قرارگیری الیاف به صورت افقی خود مهار کننده الیاف خمشی می‌باشند.
پیشنهاد برای مطالعه
افزایش شکل پذیری دیوار برشی بتنی مقاوم سازی شده با FRP
کمبود شکل پذیری به عنوان عمده ترین ضعف دیوارهای برشی موجود برای مقابله با نیروی جانبی زلزله محسوب می‌گردد. از جمله مهمترین علل این کمبود می توان به وصله آرماتورهای طولی در نواحی مستعد تشکیل مفصل پلاستیک، محصور شدگی ناکافی در نواحی مرزی و مهار ناکافی آرماتورهای عرضی اشاره نمود. حالت شکست در این حالات به صورت ناگهانی و ترد می باشد و منجر به افت شدید ظرفیت باربری می گردد.
بطور کلی جهت رسیدن به شکل پذیری مناسب لازم است که از تمام حالات شکست ترد اجتناب نمود. از طرف دیگر انرژی وارد به دیوار نیز باید از طریق ایجاد مفصل پلاستیک در ارتفاع دیوار جذب و مستهلک گردد .بنابراین در نواحی مستعد تشکیل مفصل پلاستیک، لازم است که المانهای مرزی به نحو مناسبی محصور گردند و از کمانش آرماتورهای طولی دیوار در این قسمتها نیز جلوگیری بعمل آید. در صورتیکه FRPبرشی به صورت کامل از طریق دورپیچ دیوار (محصوریت خارجی) و یا اتصال FRP برشی سبب محصور شدگی آرماتورها می گردد دورپیچ FRP در این حالت در واقع سبب محصور کردن و محدود کردن ترکهای ایجاد شده در راستای آرماتورهای طولی می‌گردد. بطور کلی ظرفیت برشی دیوار مقاوم سازی شده با FRP باید به حدی باشد که امکان تشکیل مفصل پلاستیک در طول دیوار بدون وقوع شکست برشی انجام گیرد.
رفتار نیرو – تغییر مکان دیوار تقویت شده با FRP در محل وصله به کمک حلقه های هیسترتیک نشان می‌دهد که مقدار زیادی خمش غیر الاستیک در پای دیوار ایجاد می‌گردد که سبب جذب مقدار قابل توجهی انرژی می‌گردد. همچنین رفتار هیسترتیک دیوارهای تقویت شده با FRP با استفاده از نمودار نیرو – تغییر مکان نشان می‌دهد که تقویت با FRP روشی موثر برای افزایش محصور شدگی المانهای مرزی و مهار شدگی آرماتورهای عرضی دیوار می باشد.
همچنین برای افزایش میزان تاثیر کامپوزیت FRP در مقاوم سازی ساختمان با دیوار بتنی می‌توان دیوار را به صورت داخلی محصور نمود. برای این عمل لازم است که دیوار از طریق کاشت میلگرد و ارماتور پیوسته به چند قسمت تقسیم گردند در این حالت به صورت داخلی با بولت و به صورت خارجی با الیاف FRP محصور می‌گردند.
