|

مقاوم سازی لرزه ای ساختمان با استفاده از الیاف پلیمری(FRP)

یک سازه ممکن بدلیل فقدان سختی، مقاومت، شکل پذیری و ماندگاری نیاز به مقاوم سازی داشته باشد. به طور کلی دلایل مقاوم سازی ساختمان را می توان به چهار دسته زیر تقسیم بندی نمود.

1. مقاوم سازی لرزه ای برای رعایت الزامات آیین نامه های موجود

2. آسیب های وارده ناشی از تصادفات و یا شرایط محیطی

3. وجود اشتباه در طراحی اولیه

4. تغییر کاربری

یکی از روش های مقاوم سازی برای انواع ساختمان ها استفاده از الیاف پلیمری می باشد. این روش بلحاظ اقتصادی با روش های سنتی قابل رقابت بوده و همچنین دارای قابلیت اجرای سریع و آسان می باشد. مقاوم سازی با الیاف پلیمری نسبت به روش های سنتی تداخل کمتری در کابری ساختمان در حین اجرا ایجاد می نماید. در مواردی که استفاده از ماشین آلات سنگین و یا توقف کاربری ساختمان در هنگام اجرا امکان پذیر نیست. استفاده از الیاف پلیمری (FRP) تنها روش مقاوم سازی می باشد. از دیگر مزایای مصالح پلیمری (FRP) نسبت بالای مقاومت به وزن و سختی به وزن می باشد. هم اکنون استفاده از این روش در مورد پل ها متداول می باشد. روش سنتی استفاده از صفحات فولادی در مقاوم سازی تیرها و عرشه پل دارای مشکلاتی از جمله افزایش وزن سازه، صعوبت دسترسی و زمان بالای اجرا می باشد.

تقویت خمشی با استفاده از الیاف پلیمری ((FRP

 یکی از موارد کاربرد الیاف پلیمری (FRP) تقویت خمشی تیرها و یا دال های بتنی در دهانه های بلند می باشد.در این موارد، اگر طراحی اولیه عضو نامناسب باشد می توان با استفاده از الیاف FRP سختی و مقاومت خمشی آنرا افزایش داد. اگر نسبت ضخامت (یا ارتفاع) عضو به دهانه آن کم باشد، سختی آن کم و در نتیجه خیز وسط دهانه عضو (تیر یا دال) افزایش می یابد. همچنین اگر مقدار آرماتور خمشی در تیر یا دال از حد نیاز کمتر باشد، ترک های خمشی در زیر تیر یا دال ایجاد می شود. این ترک ها بصورت قائم بوده و در راستای خمش (عمود بر راستای آرماتورهای طولی) در محل لنگر خمشی بیشینه ایجاد می شوند. به بیان دیگر، در وسط تیر ترک های خمشی در وجه زیرین آن و در محل تکیه گاهها ترک های خمشی در وجه فوقانی تیر ایجاد می شوند.

برای افزایش سختی و یا مقاومت خمشی عضو می توان ورقهای پلیمری کربنی (CFRP) را توسط چسب اپوکسی به وجه کششی عضو خمشی چسباند. در نتیجه در وسط تیر ورق های پلیمری باید به وجه تحتانی و در بر تکیه گاه ها این ورق ها باید به وجه فوقانی چسبانده شوند. جهت الیاف باید در راستای آرماتور های فولادی باشند، زیرا سختی و مقاومت کششی الیاف در راستای آن بیشترین مقدار را دارند. با وجود ضخامت کم الیاف پلیمری (حدود 1/0 میلیمتر) مدول الاستیسیته بالای آنها (10 برابر فولاد) باعث افزایش سختی تیر و در نتیجه کاهش خیز آن می شود.

همچنین باید توجه داشت که الیاف پلیمری، بر خلاف آرماتورهای فولادی، رفتاری ترد دارند. بدین معنا که پس از آنکه تنش کششی در آنها به مقدار بیشینه رسید، بلافاصله گسیخته می شوند. این درحالیست که آرماتورهای فولادی رفتاری نرم دارند، یعنی پس از رسیدن به تنش تسلیم تغییر شکل خمیری داده و طول آن ها تا 1/0 طول اولیه افزایش می یابند.

مقاوم سازی

مقاومت برشی چسب اپوکسی استفاده شده برای چسباندن الیاف پلیمری و همچنین طول نوار پلیمری چسبانده شده به عضو باید به حدی باشند که بتوانند تنش های برشی را بین عضو خمشی و نوار پلیمری منتقل نمایند. در غیر این صورت نوارهای پلیمری قبل از رسیدن به تنش گسیختگی از سطح عضو جدا می شوند. این نوع خرابی را جدا شدگی سطحی (Debonding) می نامند.

تقویت برشی با استفاده از الیاف پلیمری (FRP)

در تیرهای بتنی، خاموت ها، که در جهت عمود بر راستای تیر قرار می گیرند، نقش تامین مقاومت برشی آن را ایفا می کنند.همانطور که می دانیم بعلت مقاومت برشی کم بتن، از خاموت برای تامین مقاومت برشی کافی در تیرها استفاده می شود. چنانچه تیری فاقد مقاومت برشی کافی باشد، ترکهای برشی در محل برش بیشینه، بر تکیه گاه، به صورت مایل با زاویه حدود 45 درجه تشکیل می شوند.

برای تقویت برشی تیرها معمولا الیاف پلیمری را بصورت قائم و یا مایل (عمود بر راستای ترک های برشی) به طرفین تیر می چسبانند. هرچه زاویه بین الیاف با راستای عمود بر ترک های برشی کمتر باشد اثر آن ها در افزایش مقاومت برشی تیر بیشتر است. نوارهای پلیمری که برای تقویت برشی تیر به کار می روند می توانند بصورت U شکل باشند و یا کاملا پیرامون تیر را بپوشانند.

گاهی برای مقاوم سازی اتصال تیر به ستون در ساختمان های بتنی، در صورت نیاز، پیرامون تیر و ستون را در محل اتصال کاملا توسط ورق های پلیمری می پوشانند. این روش تقویت ضمن افزایش مقاومت برشی تیر و ستون در محل اتصال، باعث افزایش شکل پذیری سازه می شود. لازم به ذکر است شکل پذیری سازه، قابلیت تحمل تغییر شکل های خمیری، نقش تعیین کننده در تامین پایداری ساختمان در هنگام زلزله دارد.

تسلیح سطحی با استفاده از آرماتورهای پلیمری

ورق های پلیمری که به سطح اعضای بتنی چسبانده می شوند در مقابل ضربه، حرارت، آتش و اشعه ماورای بنفش آسیب پذیر می باشند. برای جلوگیری از این آسیب ها می توان از روش تسلیح سطحی با آرماتورهای پلیمری استفاده نمود. در این روش شکاف هایی با عمق کمتر از ضخامت پوشش بتن در سطح بتنی عضو ایجاد شده و آرماتورهای پلیمری کربنی (CFRP) در داخل این شکاف ها چسبانده می شوند. در این روش چسبندگی مناسبی بین آرماتورهای CFRP و عضو ایجاد می شود.

محصور نمودن ستون

اگر ابعاد ستون بتنی و یا مقدار آرماتور طولی آن کمتر از حد نیاز باشد، ستون فاقد مقاومت فشاری کافی بوده و نیاز به مقاوم سازی دارد. همچنین اگر فاصله بین خاموت ها زیاد باشد، آرماتورهای طولی ستون تحت فشار کمانش کرده و ستون مقاومت فشاری و خمشی خود را از دست می دهد.

مقاوم سازی

برای تقویت ستون ها در این شرایط، می توان الیاف پلیمری را توسط چسب اپوکسی به پیرامون آن متصل نمود. محصور نمودن ستون با این روش مانع کمانش آرماتورها شده و مقاومت فشاری ستون را افزایش می دهد. لازم به ذکر است مقاومت فشاری بتن محصور شده از بتن معمولی بیشتر است زیرا محصور شدگی باعث ایجاد تنش های دو جهته در بتن می شود. در این روش مقاوم سازی جهت الیاف باید عمود بر راستای ستون باشد، یعنی همجهت با خاموت های ستون.

تقویت سازه های بنایی با الیاف پلیمری ((FRP

در سال های اخیر الیاف پلیمری (FRP) برای تقویت لرزه ای ساختمان های بنایی، بخصوص ساختمان هایی با اهمیت تاریخی، مورد استفاده قرار گرفته است. در این ساختمان ها روش متداول آنست که دیوارهای بنایی ساختمان را توسط نوارهای پلیمری تقویت می کنند.

مقاوم سازی

برای تقویت دیوار های بنایی، الیاف کربن یا شیشه را بصورت ضربدری و یا قائم به سطح دیوار می چسبانند. نوارهای پلیمری ضربدری بر سطح دیوار بنایی، مقاومت و شکل پذیری آنرا هم در جهت درون صفحه دیوار و هم در جهت عمود بر صفحه دیوار افزایش می دهند. اگر الیاف پلیمری بنحو مناسبی به سطح دیوار و یا قاب پیرامونی متصل گردند مقاومت درون صفحه دیوار بنایی را تا 2 برابر افزایش می دهد.

 

 

WHSTRUC © Copyright 2011,All Rights Reserved