مقاوم سازی ساختمان ها با روش جدید FRP
در سال های اخیر پیشرفت های زیادی در زمینه مهندسی زلزله و طراحی سازه ها انجام گرفته است. به گونه ای که امروز با اعتماد و اطمینان بیشتری میتوان سازه های مقاوم در برابر زلزله را طراحی نمود. بسیاری از سازه های بتنی به دلایل : ۱- خطاهای محاسباتی ۲- اشتباه در ساخت و اجرا ۳- ضعف آیین نامه های قدیمی ۴- تغییر کاربری سازه و بارهای بهره برداری وارد به سازه ۵- خوردگی و زنگ زدگی آرماتورها و . . . ضوابط آیین نامه های جدید را ارضا نمی کند، لذا ارائه روشهای مقاوم سازی ساختمان ها، بهسازی و تعمیر چنین سازه هایی لازم است. مقاوم سازی ساختمان ها و سازه ها با روش کامپوزیت FRP بسیار کارآمد و مناسب می باشد.
روش های ارائه شده جهت مقاوم سازی ساختمان ها
۱- استفاده از کابل های پس تنیده
۲- استفاده از میانقاب با مصالح بنای
۳- استفاد از پوشش و غلاف فولادی
۴- استفاده از لایه پوشش بتنی با ملات مسلح زره پوش بتنی
۵- استفاده از میراگرهای اصطکاکی، هیسترزیس و ویسکوالاستیک
۶- استفاده از بادبندهای هم محور یا برون محور فولادی
۷- استفاده از دیوار برشی
۸- استفاده از جدایشگرهای پایه
انتخاب روش مقاوم سازی ساختمان ها
انتخاب یک روش مناسب برای مقاوم سازی ساختمان نیاز به پارامترهای مختلفی دارد که عبارتند از:
۱- در صورتی که محیط تیر به طور کامل قابل دسترسی باشد روش دورپیچ جهت مقاوم سازی می تواند مفید باشد.
۲- آیا مقاوم سازی ساختمان ها در برابر بارهای یکنواخت موردنیاز است و یا اینکه بارهای وارده به عضو از نوع دینامیکی و به صورت رفت و برگشتی می باشند.
۳- میزان ظرفیت برشی که بایستی افزایش یابد.
۴- توانایی های کامپوزیت های FRP
۵- ملاحظات اقتصادی
بهسازی
فرایند تغییر و اصلاح پارمترهای طراحی با استفاده ازمقطع موجود را بهسازی گویند.
تعمیر
گاهی اوقات برخی از عناصر سازهای یا غیر سازهای بر اثر پدیده هایی چون آتش سـوزی، عبور وسایل سنگین، خوردگی آرماتورها به مرور زمان، ضربه و برخورد وسایل نقلیه دچار تخریب شده و نیاز به تعمیر و مرمت برای بدست آوردن عملکرد اولیه خود دارند.
FRP چیست
نوعی ماده کامپوزیت متشکل از ۲ بخش فیبر یا الیاف تقویتی است که به وسیله یک ماتریس رزین از جنس پلیمر احاطه شده اند.
مزایای استفاده از در سازه های بتن آرمه FRP
۱- دوام بالا ۲- سبک وزن بودن ۳- مقاومت مشخصه و مدول بالای برخی از نمونه های آن ۴- مقاومت در برابر خوردگی ۵- مقاومت در برابر شرایط محیطی و ترکیبات شیمیایی ۶- نفوذ ناپذیری مغناطیسی ۷- مقاومت در برابر ضربه ۸- ضخامت کم ۹- حمل و نقل آسان به دلیل وزن کم ۱۰- اجرای ساده ورقه ها ۱۱- توجیه اقتصادی برای تقویت و ترمیم پروژه های سنگین به عنوان مثال پل ها ۱۲- سطح تمام شده تمیز
موارد کاربرد FRP
١- افزایش ظرفیت باربری و شکل پذیری ستونها، تیرها، دالها و اتصالات بتن آرمه
٢- تقویت مخازن فولادی و بتنی
٣- تقویت سازه های فرا ساحل و دریایی
۴- تقویت سازه های مقاوم در برابر انفجار
۵- تقویت تیر و ستون های چوبی
۶- تقویت دودکش های بتن آرمه با مصالح بنایی
۷- تقویت دیوارهای بتن آرمه
۸- تقویت دیواره تونل ها
۹- تقویت لوله های بتنی یا فولادی
۱۰- تقویت دیوارهای آجری و مصالح سنتی
۱۱- ساخت دیوار های ساحلی
۱۲- سقف های پشت بام های صنعتی
۱۳- نشیمنگاه تجهیزات راکتورها
۱۴- سیستم دال کف در محیط های خورنده شیمیایی
۱۵- مرمت و تقویت سازه های مهمی چون بیمارستا ن ها، آثار باستانی و . . .
انواع کامپوزیت های پلیمری متداول در مقاوم سازی ساختمان ها
- کامپوزیت پلیمری تقویت شده با الیاف کربن CFRP
- کامپوزیت پلیمری تقویت شده با الیاف شیشهGFRP
- کامپوزیت پلیمری تقویت شده با الیاف آرامیدKevlar
محاسن کامپوزیت پلیمری
FRP
وزن کم
انعطاف پذیری بالا
راحتی در جابه جایی
سرعت عمل بالا
برشکاری در قطعات دلخواه
سادگی اجرا
امکان تقویت به صورت خارجی
معایب کامپوزیت پلیمری FRP
- آسیب پذیری در مقابل آتش سوزی
- کم تجربگی مشاوران و پیمانکاران
اتصال ورقهای فولادی با ستون ها با صورت می گیرد که از معایب این روش می توان به EPOXY هزینه بالا ، کاربری سخت ، خطر پوسیدگی در برابر رطوبت ، غیرانعطاف پذیر بودن ورق ها ، تغییر در وزن المان و در نتیجه تغییر در فرکانس طبیعی سازه و… را نام برد .
مراحل مقاوم سازی ساختمان ها با کامپوزیت FRP در سازه موجود
مراحل مقاوم سازی با FRP به صورت زیر است :
۱- سطح المان را برای چسباندن کامپوزیت آماده می کنند. این مرحله شامل :
- تخریب قسمت های آسیب دیده از (حمله شیمیایی) میلگرد و بتن
- ایجاد لایه جدید جایگزین لایه تخریب شده
- پرکردن خلل و فرج سطحی المان به وسیله بتونه
- تسطیح سطح المان
- آغشته کردن سطح المان به پرایمرPrimer
۲- اتصال کامپوزیت :FRP سه روش برای چسباندن کامپوزیت به سطح المان متداول است .
روش نصب دستی
در این روش، تولید و اتصال کامپوزیت به صورت هم زمان صورت می گیرد. به این ترتیب که بعد از اتمام مرحله اول، سطح المان با غلتک به ملات پلیمری آغشته می گردد. سپس الیاف خشک توسط غلتک روی المان قرار می گیرد. در حالت معمول برای کاربری آسان تر، الیاف دارای پوشش هستند. بعد از قرار دادن الیاف در محل خود پوشش الیاف برداشته و لایه) ملات پلیمری (توسط غلتک الیاف را در بر می گیرد.
روش نصب لایه لایه
بعد از مرحله آماده سازی و تسطیح ناهمواری های موجود توسط بتونه(بتونه یک رزین دارای ویسکوزیته بالا است )لایه ملات پلیمری توسط غلتک روی سطح المان قرار می گیرد. سپس لایه کامپوزیت را به ملات پلیمری می چسبانند.
اتصال کامپوزیت FRP به روش NSMR
روش کار این است که با برش سطح بتن به وسیله اره شیارهایی روی سطح المان ایجاد شود .
۳- مرحله تکمیلی و به عمل آوری :
این مرحله شامل روش هایی برای محافظت کامپوزیت از آسیب های خارجی و همچنین توجه به مسائل زیبایی شناختی و معماری می باشد. برای محافظت ملات پلیمری از تشعشع ماوراء بنفش باید سطح المان رنگ آمیزی شود. از نظر معماری نیز قطعه مقاوم سازی شده باید مثل بقیه سازه در محیط اطراف استتار شود.
نتیجه و ارائه پیشنهاد
۱- استفاده از ورقه ها و میلگردهای شناخته شده آن روز به روز در حال افزایش است، لذا انجام تحقیقات بیشتر در مورد تقویت جزیی یا کلی با FRP به صورت تئوری و آزمایشگاهی ضروری است .
۲- لزوم مقاوم سازی ساختمان ها و طراحی لرزه ای سازه ها و آشنایی با نحوه عملکرد سازه ها در مقابل زلزله با توجه به این که کشور در محدوده گسل های با لرزه خیزی زیاد قرار دارد دارای اولویت می‌باشد. در این میان بررسی روش های مختلف مقاوم سازی ساختمان ها و مقایسه آنها با یکدیگر برای انتخاب روش مقاوم سازی ساختمان ها مناسب و کارآمد با توجه به شرایط اقتصادی، اجتماعی و پتانسیل یک منطقه ضروری است. در نواحی قطع میلگردهای طولی در ستون ها، نتایج آزمایشگاهی نشان می دهند که پوشش عرضی و طولی FRP می تواند محل شکست خمشی را به نقاط لنگر ماکزیمم انتقال دهد. همچنین اگر در مقاوم سازی، اصلاح شکل مقطع ستون نیز جهت افزایش تأثیر پوشش در مقاطع مستطیلی شکل در نظر گرفته شود. این اصلاح مقطع کافی است که در نقاط مفصل پلاستیک و نواحی نزدیک آن انجام گیرد و مانند حالت مقاوم سازی در برابر بار محوری نیاز به اصلاح مقطع در کل ستون را نداریم.