مقاوم سازی دیوار بتنی با استفاده از FRP

دیوارهای سازه ای یکی از سیستم های بسیار مناسب برای مقابله با نیروهای جانبی ناشی از زلزله اند. به علت آن که این دیوارها، قسمت عمده نیروهای جانبی وارد برسازه و برش حاصل از آن را جذب می کنند، بیشتر به نام دیوارهای برشی شناخته می شوند. بنابراین ممکن است گاهی تصور شود که برش، رفتار آن ها را کنترل می کند اما علاوه بر نیروهای برشی، نیروهای دیگری نظیر خمش، کشش و فشار محوری بر رفتار این دیوارها اثر می گذارند.
یکی از روش هایی که اخیراً برای مقاوم سازی و بهسازی لرزه ای اعضای سازه های بنایی و بتنی از جمله دیوار بتنی متداول شده است، استفاده از انواع الیاف پلیمری(FRP) است. از جمله مسائل مهم در تقویت دیوار بتنی و بنایی توسط FRP ، جداشدگی ورقه های مذکور از سطح دیوار می باشد.

دلایل نیاز به مقاوم سازی دیوار بتنی با الیاف اف آر پی(FRP)

با ارزیابی شرایط ساختمان های موجود دلایل ضعف سازه ها رامی توان به شرح زیر دسته بندی کرد :
۱)خطاهای طراحی: شامل اشکالات در شناخت خاک و پی، عدم توجه به اصول و مبانی طراحی
ساختمان های مقاوم در برابر زلزله، اشتباه در تحلیل و طراحی تهیه ی نقشه ها، مدارک و جزئیات اجرایی.
۲)خطاهای اجرایی: از قبیل اشکال در قالب بندی، آرماتور بندی، تولید و اجرای بتن، قالب برداری و عمل آوری بتن که اغلب از عدم وجود سیستم های کنترل کیفی، نظارت و یا وجدان کاری در کارگاه ناشی می شود.
۳)تغییر در کاربری سازه و اعمال بارهایی بیش از بارهای پیش بینی شده در هنگام طراحی.
۴)خوردگی فولاد و تخریب شیمیایی بتن: از قبیل خوردگی ناشی از کربناتاسیون، نفوذ کلر به داخل بتن، تهاجم سولفات ها و اسیدها.
تغییرآیین نامه ها (استانداردهای بارگذاری و طراحی): بررسی زلزله های اخیر نشان می دهد که سازه هایی که مطابق آیین نامه های قدیمی ساخته شده اند آسیب پذیر بوده و عمدتاً نیاز به تقویت و مقاوم سازی دارند. آسیب دیدگی سازه ها ناشی از بلایای طبیعی یا حوادث: زلزله، باد و عوامل دیگری نظیر آتش سوزی، انفجار و غیره. اعضای سازه ای بسته به مقاومت لرزه ای موردنظر، میزان آسیب دیدگی ونوع اتصالات، باروش های مختلفی از قبیل تزریق رزین، جایگزینی قطعات جدا شده، به کارگیری پیش تنیدگی خارجی، بتن پاشی، چسباندن ورق های مختلف روی سطوح، ژاکت های بتن آرمه ویا قفس های فلزی، مرمت و یا تقویت می شوند.

روش های مقاوم سازی دیوارهای بتنی با FRP

 مقاوم سازی دیوار بنایی

برای مقاوم سازی و بهسازی لرزه ای سازه های بنایی غیر مسلح روش های تقویتی زیادی وجود دارد. از جمله این روش ها می توان به استفاده از بادبندهای فولادی، استفاده از توری مرغی و بتن پاشی سطح دیوار(شاتکریت)، تعبیه دیوار برشی بتنی، تزریق ملات(گروت) و… اشاره کرد. روش های مرسوم تقویت عمدتاً منجر به معایبی از قبیل کاهش فضاهای مفید ساختمان، افزایش جرم سازه، تأثیر بر معماری و ظاهر سازه و .. می شوند. اما یکی از روش هایی که اخیراً برای مقاوم سازی ساختمان های بنایی و بتنی متداول شده است، استفاده از الیاف مسلح پلیمری یا FRP است. کامپوزیت های FRP با دارا بودن مقاومت کششی بالا، شکل پذیری مناسب، نسبت مقاومت به وزن زیاد و سهولت اجرا می توانند بسیاری از معایب دیگر روش های تقویت را برطرف کنند.

برای اتصال ورق کامپوزیتی FRP بر سطح دیوار از الگوهای مختلفی استفاده می شود. از جمله این الگوها می توان به نوارهای افقی ، قائم،شبکه ای و قطری اشاره کرد. بر اساس مطالعات صورت گرفته، در بین الگوهای مختلف اتصال الیاف به سطح دیوار پیکربندی قطری نتایج بهتری نسبت به دیگر پیکربندی ها دارد.
به طور کلی می توان مکانیزم های گسیختگی دیوارهای بنایی غیرمسلح را به دو دسته گسیختگی برون صفحه و گسیختگی درون صفحه تقسیم بندی نمود. مدهای رایج شکست دیوارهای بنایی غیرمسلح تحت بارگذاری درون صفحه ای شامل گسیختگی در اثر لغزش بندهای ملات، ترک خوردگی قطری، حرکت گهواره ای یا بلندشدگی دیوارو همچنین شکست فشاری پاشنه ی دیوار می باشد. مکانیزم شکست در این حالت ها به ابعاد دیوار، شرایط تکیه گاهی، مقادیر بارهای قائم و افقی و مشخصات آجر و ملات بستگی دارد.

 مقاوم سازی دیوار برشی

دیوار برشی، یک دیوار بتنی، مرکب بتنی- فولادی یا فولادی است که در جهت محور قوی مقطع قادر به تحمل نیروی جانبی اعمالی و انتقال آن به پی سازه می باشد. دیوارهای برشی معمولاً به صورت دیوارهای برشی تکی با مقطع مستطیلی، دیوارهای برشی U و I ،T شکل، هسته های برشی مستطیلی بسته و دیوارهای برشی کوپل در ساختمان ها به کار می روند. از مزایای بسیار تاثیر گذار این سیستم باربر جانبی، سختی جانبی نسبتاً زیاد آن است که امکان کنترل تغییر مکان های جانبی ساختمان را فراهم می آورد . رفتار مطلوب، سختی قابل توجه و سادگی نسبی اجرای دیوار برشی، این سیستم سازه ای را به یکی از پرکاربردترین اعضای باربر جانبی مورد استفاده در ساختمان ها تبدیل کرده است.

دیوار برشی بتنی مسلح

دیوار برشی بتن مسلح (RC) به مدت طولانی به عنوان سیستم های سازه ای مناسب که مقاومت جانبی و کنترل جابجایی جانبی را در ساختمانهای RC در اختیار می گذارد، شناخته شده است. با این حال دیوارهای برشی قدیمی تر عموماً برای عکس العمل های ترکیبی بارهای ثقلی و بارگذاری باد بدون هیچ ملاحظه ی بارگذاری لرزه ای ویژه ای طراحی شدند. تدابیر لرزه ای در سالهای ۱۹۷۰ تنها شامل تعاریف بود و از آن زمان برای تضمین داشتن ظرفیت و شکل پذیری کافی در برابر بارهای لرزه ای تکامل یافته اند.

استفاده از ورق های FRP در مقاوم سازی دیوار بتنی

در چند دهه اخیر، توجه روزافزون به مواد کامپوزیتی FRP به عنوان یک ماده بالقوه برای مقاوم سازی سازه های موجود با توجه به مقاومت بالا، وزن سبک، سهولت کاربرد و مقاومت بالای آنها در برابر خوردگی شده است. استفاده از ورق های FRP به عنوان یک روش سریع و آسان برای مقاوم سازی پیشنهاد می شود خصوصاً وقتی که تخلیه کل ساختمان در زمان مقاوم سازی ممکن نباشد. ورق های FRP مقاومت موردنیاز را بدون هیچ وقفه در استفاده از ساختمان فراهم می کنند.

هزینه مقاوم سازی با FRP

هزینه های مصالح، نصب و اجرای الیاف FRP در مقایسه با سایر روش های مقاوم سازی پایین بوده و استفاده از آنها از لحاظ اقتصادی بسیار مقرون به صرفه است.
در مقایسه قیمت انواع الیاف های موجود نیز الیاف شیشه ای (GFRP) کمترین قیمت را داشته و الیاف کربنی (CFRP) دارای قیمت بالاتری می باشند ولی عملکردهای بسیار مطلوب الیاف کربنی مانند سختی بسیار بالا، مقاومت کششی بالا، وزن کم، مقاومت شیمیایی بالا و .. آن ها را بسیار کارآمد تر کرده است.

سوالات متداول