روش پس کششی با FRP

عمر مفید سازه های بتنی عمدتا به طراحی رضایت بخش و استفاده از مواد ساختمانی مناسب بستگی دارد. هر گونه خللی در این عوامل ممکن است منجر به تخریب اولیه و خراب شدن ساختار شود. جایگزینی چنین سازه هایی به دلیل هزینه زیاد عملیاتی و محدودیت های استفاده از آنها همیشه امکان پذیر نیست. تنها راه برای بازگرداندن مجدد سازه به حالت کار ایمن ، تقویت یا نوسازی سازه ها است. تقویت سازه نیاز به درک کاملی از مواد و تکنیک های تقویت نیاز دارد. تلاش های زیادی توسط محققان برای شناسایی مناسب ترین مواد و تکنیک های مناسب برای مقاوم سازی سازه­ها انجام شده است که منجر به افزایش استفاده از روش پس کشش برای این منظور شده است. امروزه ، تقویت به طور گسترده ای با استفاده از مواد پیش تنیده انجام می­شود ، مانند تاندون­ها و پلیمرهای تقویت شده FRP. پیش تنیدگی با ایجاد ممان منفی در عضو و به تبع آن خیز منفی ، خیزنهایی سازه را کاهش داده و عضو را قادر می سازد بارهای بیشتری را تحمل کند.

اگرچه تاندون های فولادی پیش تنیدگی ، معمولاً از فولادهای کششی با کشش بالا (تاندون ها) می­باشند با این حال ، این یک واقعیت است که فولاد از نظر تأثیرات محیطی نسبتاً ضعیف است. علاوه بر این ، به دلیل رفتارهای پیچیده تر ، تقویت سازه ها با استفاده از مواد پیش تنیده نیاز به یک روش طراحی دقیق و درک کامل از رفتار مواد و عناصر دارد. پیشرفت در تحقیقات تجربی مشخص کرده است که مواد تقویت کننده جایگزین مانند FRP می توانند مقاومت برشی المان را افزایش دهند ، مقاومت در برابر دمای بالاتر ، مقاومت در برابر خوردگی بیشتر و کاهش وزن سازه را نیز فراهم می کنند. پیش تنیدگی مصالح FRP  به آنها این اجازه را می دهد تا به طور موثر از ظرفیت کششی خود استفاده کنند که این قابلیت حد نهایی و قابلیت استفاده خود را افزایش می دهد.

تحقیقات نشان داده است که FRP های پیش تنیده مواد موثری برای تقویت ساختارهای آسیب دیده هستند  انواع FRP که توسط محققان شناسایی شده است ، شامل پلیمرهای تقویت شده آرامید (AFRP) ، پلیمرهای تقویت شده کربن (CFRP)  و پلیمرهای تقویت شده شیشه  (GFRP) .

همه این مواد تحت انواع تکنیک های تقویت کننده که شامل تقویت سطح نزدیک (NSM) ، تقویت کننده پیوند خارجی (EBR) و پس از کشش خارجی  (EPT) با استفاده از سیستم های مهاری و غیرمهاری بررسی شده است.

پس کشیدگی در روش NSM

به طور خلاصه در روش NSM میلگردهایFRP درون شیارهای تعبیه شده زیر وجه تحتانی تیر بتنی کار گذاشته شده و به وسیله چسب اپوکسی به عضو بتنی متصل می­شود و با افزایش مقاومت خمشی تیر از ایجاد خیز و ترک در عضو بتنی جلوگیری می­کند. اگر روش NSM را بدون ایجاد پیش تنیدگی انجام داد تنها بخشی از مقاومت کششی مصالح FRP موثر است و یک مقاوم سازی غیر فعال است و تا وقتی بارهای اضافه و فراتر از تحمل عضو بتنی به آن وارد نشود غیر فعال می­ماند.

با استفاده از روش پس کششی بعنوان روشی برای ایجاد پیش تنیدگی در مصالح FRP سیستم مقاوم سازی به یک سیستم فعال مقاوم در برابر بارهای وارده تبدیل می­شود. به گونه ای که عمل پیش تنیدگی باعث ایجاد کرنش فشاری در لایه پایینی فیبر می شود و در نتیجه یک خیز رو به بالا (منفی) ایجاد می شود که جابجایی عضو را در طول بارگذاری کاهش می­دهد.

بدین ترتیب برای پس کشیدگی مصالح FRP در روش NSM مصالح FRP  را با عبور از باکس های مهاری از دو سمت ابتدا و انتها کشیده تا به حد معین کششی خود برسند سپس اضافه میلگرد FRP بریده شده و میلگرد ها مهار می­شوند.

پس کشیدگی در روش EBR

مفهوم استفاده از پیش تنیدگی در روش تقویت کننده پیوند خارجی EBR(Externally Bonded Reinforcement) توسط محققان مورد بررسی قرار گرفته است.در روش EBR ، صفحات یا ورقه های FRP پیش تنیده شده با استفاده از چسب های اپوکسی به سطح خارجی تیر بتنی مورد نظر متصل می شوند.روش های متفاوتی برای پیش تنیده کردن لمینت های FRP ابداع شده است. لمینت­ها پس از پس کشیدن آنها توسط دستگاه­هایی که از دو طرف آنها می­کشند تا به حدکششی تعیین شده برسند به تسمه­های فولادی مهار می­شوند.عملیات پس کشیدن در روش EBR دشوار بوده و نیاز به نیروهای متخصص و دستگاه­های خاص است.یکی از تکنیک های ایجاد پس کشیدگی در EBR در شکل زیر مشاهده می­کنید.

لمینیت FRP پیش تنیده

به طور کلی، فقط بخشی از مقاومت لمینیت های FRP در کاربردهای مقاوم سازی بدون پیش تنیدگی موثر است. با القای یک پیش تنیدگی به لمینیت ها، ممکن است از آن ها با اثربخشی بیشتری استفاده شود، زیرا از بخش بیشتری از مقاومت نهایی آن ها استفاده می شود. پیش تنیدگی با لمینیت های FRP با اتصال خارجی، مزیت های دوام عالی و بهبود وضعیت بهره برداری و ظرفیت نهایی را با هم ترکیب می کند. این سیستم هم مزایای یک سیستم پیش تنیده را فراهم می کند که قبل از تغییر شکل بیشتر به ظرفیت تحمل بار کمک می کند و هم یک سیستم پیوندی که سهم قابل توجهی از بار را تحت تغییر شکل بیشتر تحمل می کند. لمینیت های FRP پیش تنیده، هنگامی که روی سطح کششی تیر بتنی نصب می شوند، می توانند با بستن کامل شکاف های موجود و تأخیر در تشکیل ترک های جدید، عملکرد تیر را بهبود بخشیده و کنترل مناسبی برای ترک ها را فراهم کنند. مزیت لمینیت های FRP پیش تنیده، تأخیر در ترک خوردن و بستن ترک های موجود است و به دوام سازه نیز کمک کند، زیرا ترک ها دسترسی بیشتری برای رطوبت به بتن و لایه چسب فراهم می کنند. لمینیت های FRP پیش تنیده ممکن است با جلوگیری از حالت های خرابی زودرس، مقاومت نهایی را بیشتر کنند. لمینیت های پیش تنیده CFRP احتمالاً زیان ها و ضررهای طولانی مدت کمتری نسبت به تاندون های غیرچسبنده خارجی نشان می دهند. برای دستیابی به پیشرفت قابل توجه از نظر سختی سازه و ظرفیت تحمل بار بتن، به سطح پیش تنش حداقل 25٪ مقاومت ورق ممکن است لازم باشد. پیشنهاد شده است که برای افزایش مقاومت نهایی با به تأخیر انداختن شکست لایه های لمینیت FRP، به سطح پیش تنیدگی به اندازه 50٪ از مقاومت صفحه نیاز است.

ویژگی های روش پس کششی خارجی

• روشی موثر برای افزایش ظرفیت خمشی
• بلافاصله پس از نصب در تحمل بارهای زنده و مرده مشارکت دارد.
• قبل از ایجاد پیش تنیدگی، تمام ترک های موجود در قطعه می بایست توسط مواد مخصوص کاملا پر شوند.
• وسایل و قطعات تقویتی می بایست در برابر عوامل جوی و تاثیرات آتش و خوردگی محافظت شوند.