تحقیقات انجام شده برروی اتصالات بتنی تقویت شده با ورق های FRP، نشان می دهد که این مواد می توانند باعث افزایش ظرفیت برشی اتصالات بتنی، افزایش ظرفیت خمشی تیر در محل اتصال، افزایش ظرفیت باربری و بهبود شکل پذیری تیرهای منتهی به اتصال شوند. به عبارت دیگر ورقه های FRP می توانند برروی تیرهای مجاور به اتصال به کاربرده شوند و تا مقاومت اتصال افزایش یابد و باعث انتقال مفصل پلاستیک ناحیه اتصال به طرف تیر و دور از اتصال گردند. بدین ترتیب شکل پذیری قاب های بتن آرمه افزایش یافته به طوری که رفتار آن از حالت شکل پذیری معمولی به متوسط و یا حتی ویژه ارتقا می یابد. همچنین این تکنیک می تواند در بهبود عملکرد برشی اتصالات تیر به ستون بتنی مؤثر باشد به طوری که ضعف شکست برشی اتصالات ترمیم شده و از ناپایداری کلی قاب های بتن آرمه به دلیل تشکیل مفصل پلاستیک در محل هسته اتصال و خرابی کل سازه جلوگیری به عمل آید. به طور کلی کارایی این روش به پارامترهای زیادی از جمله جنس FRP، روش اتصال و طول امتداد یافته FRP در طول تیر، مقاومت بتن، مقدار آرماتور موجود در تیر و سختی اتصالات بتنی بستگی دارد.
در طی سال های اخیر موضوع تقویت و مقاوم سازی سازه ها به طور گسترده ای در جوامع علمی و مهندسی مطرح گردیده است. از دیدگاه علمی تمام سازه هایی که براساس اصول و ضوابط حال حاضر آیین نامه ها طراحی و به دلیل قصور عوامل ذیربط و نبود کیفیت لازم برای مصالح به طور صحیح و اصولی طراحی و اجرا نشده اند، نیاز به تقویت و مقاوم سازی دارند. در دهه های اخیر استفاده از FRP در مقاوم سازی قسمت های مختلف سازه ها به طور گسترده مورد توجه واقع شده است.
الیاف FRP می توانند از نفوذ ترک ها به داخل هسته اتصالات بتنی جلوگیری کرده و یا در کمک به ایجاد مفصل پلاستیک در انتهای تیر و با فاصله ای از بر ستون یک اتصال مؤثر باشند. با این شیوه ورقه های FRP می توانند در انعطاف پذیری کل ساختمان، ارتقا مقاومت سازه به سطح مورد نظر از قبیل آسیب دیدگی و یا مقاوم سازی اتصالات بتنی برای مواجه با قوانین سخت گیرانه آئین نامه های جدید و بارهای جدید مؤثر واقع گردند.
در این میان CFRP به دلیل مقاومت کششی قابل ملاحظه و مقاومت بسیار بالا در برابر خستگی و خوردگی در مقاوم سازی سازه های بتن آرمه بیشتر استفاده شده است. یکی از روش های مقاوم سازی محل اتصال تیر و ستون جهت دور کردن مفصل پلاستیک از ستون و به کار بردن فلسفه ستون قوی و تیر ضعیف استفاده از CFRP است.
دلایل نیاز به مقاوم سازی اتصالات بتنی با FRP
در سیستم های سازه ای، سازه های بتن مسلح دارای آسیب پذیری بسیار بالایی هستند که به همین دلیل معمولاً منجر به شکست اعضای حیاتی خواهد شد. بررسی ها نشان می دهد، معمولاً این شکست ها به دلیل محصور نشده بودن و ضعیف بودن اتصالات تیر به ستون می باشد، که باعث می شود مقاومت خوبی در مقابل زلزله نداشته باشد. آسیپ پذیری بالای سازه های بتن مسلح اغلب باعث شکست ترد اعضای حیاتی خواهد شد. بنابراین برای بهبود ظرفیت لرزه ای اتصالات تیر به ستون بتن مسلح نیاز مبرمی به مقاوم سازی می باشد.
اتصالات یکی از اجزای مهم سازه های بتن مسلح محسوب می شود. زمانی که یک سازه بتن آرمه برای تحمل بار زلزله طراحی می گردد، انتظار می رود سازه در برابر زلزله های متوسط بدون آسیب دیدگی عمل کند، در برابر زلزله های شدید، بدون آسیب دیدگی جدی مقاومت کند و در برابر زلزله های شدید، دچار تخریب کلی نگردد.
سهم اتصالات یک قاب خمشی در تحمل تغییرشکل های ناشی از بار زلزله سهم زیادی است. زمانی که قاب خمشی بتن مسلح تحت اثر نیروهای جانبی ناشی از زلزله قرار می گیرد، در اتصالات آن، نیروهای برشی قابل توجهی ایجاد می شود، ایجاد این نیروهای برشی با تغییرشکل های زیادی همراه است. بنابراین اتصالات سازه های بتن مسلح، علاوه بر مقاومت باید از شکل پذیری کافی نیز برخوردار باشد.
به طور کلی اتصالات تیر به ستون را می توان به عنوان ناحیه بحرانی در قاب های بتن مسلح که برای پاسخ غیر الاستیک برای مقابله با زلزله های شدید طراحی شده اند، محسوب کرد. اتصالات بتنی دارای جزئیات ضعیف، به خصوص اتصالات تیر به ستون خارجی، به عنوان مناطق بسیار بحرانی که در معرض شکست زودرس به علت تنش های برشی زیاد هستند شناخت شده اند. همچنین شکست در پیوستگی آرماتورهای طولی به خصوص در اتصالات داخلی جایی که میلگردها به طور صحیح با قلاب های استاندارد مهار نشدند نیز مشاهده شده است.
مقاوم سازی اتصالات بتنی با FRP
پس از آماده سازی سطح بتن و زدودن ناهمواری ها و ایجاد زیرسازی اولیه توسط چسب، بتن جهت نصب ورق های FRP آماده می باشد. ورق های FRP در ابعاد مورد نظر بریده شده و سپس توسط همان چسب مورد استفاده برای زیر سازی اولیه، بر روی تیر و چشمه اتصال نصب می گردد. مراحل نصب ورق ها به طور خلاصه به شرح زیر می باشند:
- آماده سازی چسب اپوکسی FRP بر اساس نسبت ترکیب معین
- قراردادن چسب بر روی سطح موردنظر بر اساس مقدار ذکر شده در کاتالوگ شرکت سازنده
- پخش یکنواخت چسب بر روی سطح توسط کاردک
- نصب ورق FRP روی سطح مورد نظر و هواگیری توسط غلطک مخصوص
- قرار دادن لایه بسیار نازک چسب روی ورق نصب شده جهت ایجاد پوشش محافظ
هزینه مقاوم سازی با FRP
هزینه های مصالح ، نصب و اجرای الیاف FRP در مقایسه با سایر روش های مقام سازی سازه پایین بوده و استفاده از آنها از لحاظ اقتصادی بسیار مقرون به صرفه است.
