بهسازی لرزه ای و مقاوم سازی لرزه ای ساختمان ، (بالا بردن سطح عملکرد لرزه ای)، (بازسازی سازه ای)

قرار گرفتن ایران در منطقه زلزله‌خیز و زلزله‌های که تقریباً هرساله در کشور رخ می‌دهد و همچنین واقع‌شدن شمار زیادی از سازه‌های موجود در منطق لرزه‌خیز کشور که بر اساس آیین‌نامه‌های طراحی لرزه‌ای قدیمی که دیگر اعتباری ندارند ساخته‌شده‌اند. ما را بر آن می‌دارد که نگاهی دقیق‌تر به عملکرد ساختمان‌های طراحی‌شده بر اساس آیین‌نامه‌های موجود در کشور داشته باشیم و نگاهی نو نسبت به مقوله مقاوم‌سازی لرزه‌ای سازه‌های موجود داشته باشیم. تجربه زلزله‌های اخیر نشان داده است که ساختمان‌های بتنی در زلزله دچار آسیب‌های کلی و گسترده هستند؛ بنابراین باید عملکرد ساختمان‌های بتنی طراحی‌شده بر اساس آیین‌نامه‌های آبا و استاندارد ۲۸۰۰ موردبررسی قرارگرفته و مطابق دستورالعمل‌های بهسازی سطح عملکرد ساختمان‌های موجود بررسی شود. در مهروموم‌های اخیر تحقیقات مهمی به مطالعه در رابطه با راهکارهای مختلف جهت ترمیم و تقویت سازه‌های بتنی برای بالا بردن عملکرد لرزه‌ای آن‌ها اختصاص داده‌شده است. یکی از این راهکارها تقویت سازه با اضافه کردن ورق‌هایی به اعضا می‌باشد. ورق‌ها می‌توانند ورق‌های فولادی یا ورقه های FRP و یا HPFRCC باشند.

۱_ بازسازی

به‌طورکلی فرایند بازسازی کلی یا محلی سازه‌ای به ۳ بخش اصلی مقاوم سازی لرزه ای، مقاوم سازی لرزه ای و تعمیر تقسیم می‌شود. در بازسازی سازه‌ها به‌طور عمده تغییر پارامترهای زیر موردتوجه قرار می‌گیرد که هرکدام از آن‌ها نقش اساسی در بهبود شرایط عملکرد سازه‌ای خواهد داشت:
۱- افزایش مقاومت ۲- افزایش سختی ۳- کاهش تغییر مکان ۴- افزایش شکل‌پذیری ۵- افزاش جذب انرژی

۲- مقاوم سازی لرزه ای

بسیاری از ساختمان‌ها به دلیل مختلف نیاز به مقاومت دارند. مهم‌ترین دلیل لزوم مقاوم سازی لرزه ای سازه‌ها

• دلایل مالی (Financial)
• دلایل اجتماعی(Sociological) می‌باشند.

۳- بهسازی

بهسازی مجموعه ای است که بر روی یک عضو یا تمام سازه انجام می شود تا سازه بتواند تحت لرزه ها با سطوح خطرناک عملکرد مناسب و رفتار بهتری از خود نشان دهد. تقویت سازه با سه هدف افزایش اجرایی سازه (افزایش مقاومت)، بهبود رفتار سازه (افزایش شکل پذیری ساختمان) و اثر توام آن ها صورت می گیرد.

در بهسازی سازه راه کارهای مختلفی وجود دارد که برخی از آن ها عبارت است از:

• اصلاح موضعی اجزای سازه که دارای عملکرد نامناسبی در زلزله هستند
• حذف یا کاهش بی نظمی در ساختمان
• کاهش جرم ساختمان
• تغییر کاربری ساختمان

۴- تعمیر

گاهی اوقات برخی از اعضای سازه‌ای یا غیر سازه‌ای در اثر عواملی چون آتش‌سوزی، زلزله، عبور وسایل سنگین، خوردگی آرماتورها، ضربه و برخورد وسایل نقلیه دچار تخریب‌شده و نیاز به تعمیر و مرمت برای به دست آوردن عملکرد اولیه خوددارند.

۵- FRP

مخفف عبارت Fiber Reinforced Polimer or Plastic هست و به ماده‌ای اطلاق می‌شود که از فیبر یا الیاف تقویتی و ماتریس و یا رزین از پلیمر تشکیل‌شده.
مزایا: دوام بالا، سبک‌وزن بودن، مقاومت در برابر خوردگی، اجرای ساده ورق‌ها، حمل‌ونقل آسان به دلیل سبکی، توجیه اقتصادی در پروژه‌های بزرگ
کاربردها: افزایش ظرفیت باربری و شکل‌پذیری ستون‌ها، تیرها و دال‌ها، تقویت مخازن فولادی و بتنی، تقویت دیوارهای بتنی، تقویت لوله‌های بتنی و فولادی، تقویت دودکش‌های بتنی، تقویت و مرمت سازه‌های مهم
مواد تشکیل‌دهنده مهم: فیبر شیشه‌ای، فیبر کربنی، فیبر آرامیدی می‌توانند در یک راستا یا عمود بر هم قرار داشته باشند.
رفتار ورقه‌ها FRP به‌صورت ارتوتروپیک یا شبیه ایزوتروپیک بوده یعنی مدول الاستیسیته در جهت قرارگیری فیبرها با جهات عمود بر آن متفاوت است.
از ورق‌های FRP برای تقویت خمشی، برشی، پیچشی و ترکیب آن‌ها در اعضای باربر سازه چون تیر‌ها ستون‌ها و اتصالات، دیوارها و دال‌های بتن آرمه و حتی عناصر غیر باربر استفاده می‌شود. در عناصر فولادی نیز از ورق FRP اخیراً استفاده می‌شود.
در اشکال زیر تقویت انواع مختلف اعضای سازه‌ای با ورق FRP آورده شده است.

شکل۱: تقویت خمشی تیر بتن آرمه

شکل۲: تقویت برشی تیر بتن آرمه

روش تقویت ستون با ورق FRP
۱- دورپیچ سراسری ۲- پیچاندن و لفاف کردن به‌صورت سراسری ۳- استفاده از کابل‌های کامپوزیت ۴- دورپیچ به‌صورت خودکار ۵- چسباندن پوسته‌های پیش‌ساخته ۶- تزریق چسب یا ماتریس

شکل ۳٫ حالات مختلف تقویت ستون

اتصالات بتن آرمه ای که از حساسیت زیادی برخوردار هستند و درمجموع تقویت آن‌ها به دلیل اجرایی ساده نمی‌باشند مانند تقویت اتصال و سیستم دال یا عرشه پل را می‌توان به کمک ورق‌های FRP تقویت نمود.

روش تقویت ستون با ورق FRP

۱- دورپیچ سراسری ۲- پیچاندن و لفاف کردن به‌صورت سراسری ۳- استفاده از کابل‌های کامپوزیت ۴- دورپیچ به‌صورت خودکار ۵- چسباندن پوسته‌های پیش‌ساخته ۶- تزریق چسب یا ماتریس

اتصالات بتن آرمه ای که از حساسیت زیادی برخوردار هستند و درمجموع تقویت آن‌ها به دلیل اجرایی ساده نمی‌باشند مانند تقویت اتصال و سیستم دال یا عرشه پل را می‌توان به کمک ورق‌های FRP تقویت نمود.

مراحل نصب ورقه FRP

با توجه به شکل زیر ابتدا یک‌لایه پرایمر ب روی سطح بتن کشیده سپس بتونه و پرکننده اپوکسی را بر روی آن کشیده و لایه پوشش رزین یا چسب را کشیده سپس ورقه فیبر کربنی را چسبانده بر روی آن‌یک لایه پوشش چسب کشیده و درنهایت پوشش محافظ وجود دارد.

تکنیک‌های تسطیح سازه بتن آرمه

•  تکنیک های تسطیح سطحی عضو بتن آرمه با ورق FRP
•  نصب لایه‌های پیوندی خارجی
•  پروفیل سطحی و مقاومت
  توجه به کیفیت پیوند بین مسلح کننده‌های FRP بتن برای مؤثر واقع‌شدن تکنیک مقاوم‌سازی بسیار حیاتی می‌باشد قبلاً از به کاربردن سیستم FRP باید از تراز کیفیت سطح بتن اطمینان حاصل کرد محل حفره‌ها باید به کمک اپوکسی مناسب پوشیده و قسمت‌های مرتفع باید هم‌سطح گردد.
•  تزریق ترک‌ها
  درزهای کوچک را فشار توسط اپوکسی پر می‌کنند درزهای بزرگ را ابتدا به‌صورت اره‌ای و پس‌ازآن با اپوکسی پر می‌شوند.
•  اتصال گوشه‌ها
  ورقه های فیبری معمولاً از رل‌های بسته‌بندی‌شده است که ممکن است دارای صدها فوت طول باشند به دلایل سازه‌ای و هندسی ممکن است به وصل کردن ورقه‌ها نیاز باشد. به‌عنوان‌مثال در مواردی که دور یک ستون FRP پیچیده می‌شود نیاز به اطمینان از اتصال لایه‌ها جهت محصورشدگی و پیوستگی اجتناب‌ناپذیر است. به‌طورکلی اورلب ها بستگی به نوع فیبرها سختی ترکیبات کامپوزیتی، نوع و ضخامت رزین‌ها دارد.
•  نصب میله‌های تعبیه‌شده نزدیک به سطح
  کاربرد میله‌های تعبیه‌شده نزدیک به سطح FRP روش جالبی برای افزایش مقاومت خمشی و برشی بتن مسلح معیوب می‌باشد. این تکنیک زمانی عملی می‌باشد که مهار میلگردهای تعبیه‌شده در مجاورت عضو ممکن باشد علاوه بر آنکه کاربرد میله NSM FRP به عملیات آماده‌سازی سطح نیاز ندارد. در موارد بخصوص کاربرد میله‌های NSM FRP دارای کارایی بیشتری نسبت به ورق‌های پیوند FRP می‌باشد بخصوص زمانی که مهار انتهایی تقویت‌ها FRP نیاز به طراحی اساسی دارند یا نصب ورقه‌ها شامل یک عملیات وسیع آماده‌سازی سطح باشد.

شیار زدن بر روی سطح بتن به‌صورت دو برش اره ای است که به‌وسیله ابزار و تکنولوژی متداول بر روی سطح بتن زده می‌شود دوطبقه برشگر با عمق معین و بافاصله‌های مساوی با عرض شیار از هم قرار داده می‌شوند در اثر خورد شدن بتن بین دو برشگر به وجود می‌آید.

پیش تقویت پاشیدگی

یک روش ساده جدید و ارزان جهت تقویت سازه‌های بتنی برای بالا بردن بهسازی لرزه‌ای می‌باشد. فیبرهای کوتاه از جنس کربن و شیشه با رزین وینیل استر به محل موردنظر در سازه بتن آرمه پاشیده می‌شود. برتری‌های استفاده از رزین وینیل استر نسبت به رزین اپوکسی این است که در این روش تقویت بیشتر و زمان کمتری برای گرفتن و خشک شدن نیاز دارد به‌علاوه مشخصات مکانیکی رزین ونیل استر مانند مشخصات رزین اپوکسی می‌باشد.

نتیجه‌گیری

با قرار گرفتن ایران در منطقه زلزله‌خیز و زلزله‌های که تقریباً هرساله در کشور رخ می‌دهد، لزوم مقاوم‌سازی و بهسازی لرزه‌ای سازه‌ ها و آشنایی با نحوه عملکرد سازه‌ها در مقابل زلزله دارای اولویت می‌باشد.

سوالات متداول