مقاله مقاوم سازی ساختمان به کمک الیا ( FRP )

بخشی از مقاله

مقاوم سازي ساختمان به کمک الیا (FRP)

چکیده

اشتباهات طراحی و محاسبه، عدم اجراي مناسب، تغییر کاربري سازه هـا، آسـیب دیـدگی ناشـی از وارد شـدن بارهـاي تصادی، خوردگی بتن و ولاد و شرایط محیطی از دوام آنها میکاهد ضمنا تغییر آئیننامههاي ساختمانی پباعث تغییر در بارگذاري و ضرایب اطمینان میشودژنیز سبب ارزیابی و بازنگري مجدد طرح و سازه میگـردد تـا در صـورت لـزوم بهسازي و تقویت شودچ در مبحث مقاوم سازي و بهسازي لـرزه اي، روش هـاي موسـوم بـه روشـهاي کلاسـیک شـامل استاده از پوشش ولادي، استاده از پوشش بتنی و بازسازي موضعی است چاما محدودیت ها باعث گردیـده کـه روش هاي نوینی جایگزین آنها گرددچیکی از پر کاربردترین این روش ها استاده از مواد کامپوزیتیپFRPژدر مقـاوم سـازي ساختمان ها می باشدچمزایاي استاده از این مواد نسبت به ورقه هاي ولادي و یا پوشش بتن باعث گردیده کشورهاي لرزه خیز نظیر ژاپن این روش را به عنوان جایگزینی مناسب براي روش هاي کلاسیک برگزینندچ
واژههاي کلیدي: بهسازي ، مقاوم سازي ، پوشش ولادي ، پوشش بتنی ، FRP

-1 مقدمه

بهسازي((Rehabilitation درلغتبه مهوم بهتر کردن،اصلاح یـا بهبـود بخـشیدن بـه وضـعی یـا شـرایطی اسـت لدرصنعتساختمان، بهسازي برحسب تعری ، ایجاد قابلیت انجام وظیه یا وظائی استدرساختمان، سازه ساختمان یا اجزا (Components)و عناصر((Elementsآن ، که دروضع موجود قادر به انجام تمام و کمال آن وظیه یاوظائ نیستندچبهسازي لرزهاي((SeismicRehabilitationبیانگرمهومی مرکب از دو مهومدیگر بهشرح زیر است،اول بهسازي ، که مهومی است گسترده و راگیر و دارايوجوهمختل و متعدد ،دوملرزهاي که مشخص می کند چه نوعبهسازي مورد نظر استچبراي شناختبهسازي لرزهاي باید دو مهوم وق مورد بررسی و واکاوي قرارداده شوند تا بتوان با نگاه کردن به امر »بهسازي لرزه اي «از زوایاي مختل،جوهراصلی آن را دریاتل مهوم لرزه اي از زمانی

1

درنوشته ها وخدمات مهندسی واردشد ، که مهندسان به تجربه دریاتند که برايتامین ایمنی آنچه می سازند، ناگزیر باید اثر تکانهاي شدید زمین را ، که بهصورت ادواري حادث می شوند، در نظر بگیرندلدر واقع،لطمات ناشی از زلزلـه هاي بزرگ وکوچک و کوشش براياحتراز از این لطمات، محمل اصلی تکوین ورشد روشها و مشخص شدن معیارهاي تامین ایمنیساختمانها در برابرزلزله بوده اند و بطور بدیهی، هرچه مراکز تجمع جمعیت بزرگترشـده انـد، بـهدلیـل ازایش آسیب پذیري بالقوه آنها در برابر زلزله، ضرورت تامینایمنی آنهادر برابر زلزله محسوستر وتلاش براي یاتن راه حلی به منظور تامینایمنیبیشتر شده استل

.2 ساختار مصالح FRP

انتخاب ورقه هاي FRPوابسته به عواملی نظیر محیط انجام پروژه و مقاومت نهایی مورد نیاز می باشدچانتخاب آنهـا بـا توجه به جزئیات طرح توسط مشاور و یا کاررما توصیه می گرددچبه طور کلی این ورقه ها به سـه دسـته تقـسیم مـی شوند،

· الیا شیشه (GFRP)

· الیا کربن (CFRP)

· الیا آرامید((AFRP

جدول -1 ویژگی هاي مکانیکی کامپوزیتهاي مختل

.3
انواع محصولات FRP

-1 میله هاي کامپوزیتی:

میلههاي ساخته شده از کامپوزیتهايFRP هستند که جانشین میلگردهاي ولادي در بتن آرمه خواهند شـدچکـاربرد این میلهها به دلیل عدم خوردگی، مساله کربناسیون و کلراسیون را که از جمله مهمترین عوامل مخرب در سـازههـاي بتن آرمه هستند، به کلی حل خواهند نمودچ

-2 شبکههاي کامپوزیتی:

2

شبکههاي کامپوزیتی Grids، FRP، محصولاتی هستند که از برخورد میلههاي FRPدر دو جهت و یـا در سـه جهـت ایجاد میشوندچنمونهاي از این محصول، شبکه کامپوزیتی NEFMACاست که از ایبرهاي کربن، شیشه یـا آرامیـد و رزین وینیل استر تولید میشود و براي مسلح کردن بتن مناسب است
-3 کابل، طناب و تاندنهاي پیشتنیدگی:

محصولاتی شبیه میله هاي کامپوزیتی FRP، ولی به صورت انعطاپذیر هستند، که در سازههاي کابلی و بـتن پـیش تنیده در محیطهاي دریایی و خورنده کاربرد دارندچاین محصولات در اجزاء پیش تنیده در مجاورت آب نیز بکار گرته می شوند

-4 ورقههاي کامپوزیتی:

ورقههاي کامپوزیتی Sheets) FRPژ، ورقههاي با ضخامت چند میلیمتر از جنس FRPهستندچاین ورقهها با چسبهاي مستحکم و مناسب به سطح بتن چسبانده می شوندچاز این ورقه ها جهت تقویت بتن استاده می شودچورقههاي FRP پوشش مناسبی جهت ایزوله کردن سازههاي آبی از محیط خورندة مجاور هستندچهمچنـین از ورقـههـاي کـامپوزیتی FRP جهت تعمیر و تقویت سازههاي آسیب دیده پناشی از زلزله و یا ناشی از خوردگی آبهاي یون دار استاده می شوند

-5 پرویلهاي ساختمانی:

مصالح FRPهمچنین در شکل پرویلهاي ساختمانی به صورت I شکل، T شکل، نبـشی و نـاودانی تولیـد مـیشـوندچ چنین محصولاتی میتوانند جایگزین بسیار مناسبی براي قطعات و سازههاي ولادي در مجاورت آب تلقی شوندچ

.4 کاربرد هاي محصولات FRP

▪ مقاوم سازي خمشی تیرها

▪ مقاوم سازي برشی تیرها
▪ مقاوم سازي شاري ستون ها
▪ مقاوم سازي برشی ستون ها
▪ مقاوم سازي پیچشی ستون ها
▪ مقاوم سازي برشی دیوار ه ها
▪ پوشش محاظ در محیط هاي خورنده

.5 مقاوم سازي بوسیله FRP

ازایش مقاومت خمشی ، برشی وظریت تغییر شکل تیروازایش مقاومت شاري ستون تقویت شده با کامپوزیت FR

ال- رتار خمشی تیر تقویت شده با : FRP

تیرهاي بتن آرمهء تحت خمش و همچنین تغییراتی را که در مراحل مختلـ بارگـذاري درمقـادیر تـنش وکـرنش مقاطع حاصل میشود می توان تحت اثر بارهاي متمرکز مورد بررسی قراردادچمنحنی نیرونتغییـر مکـان در ایـن تیرهـا

3

داراي سه شیب متاوت است بخش اول منحنی مربوط به حد اصل ترك خوردن بتن کششی است که در این مرحلـه سختی تیر زیاد استپمشابه تیر تقویت نشده ژبخش دوم مربوط به حد اصل ترك خوردگی بتن کشـشی تـا هنگـام جاري شدن میلگرد است که شیب نمودار کاهش می یابد ، ولی همچنان سختی آن نسبت به تیر تقویت نشده بیـشتر می باشد و بخش سوم مربوط به حد اصل تسلیم میلگردها تا گسیختگی FRPویا جداشدگی FRPاز سطح بتن استچ

شکل - 1 منحنی بار – تغییر مکان براي تیر تقویت شده با FRP و تیر تقویت نشده

با توجه به مدول الاستیسیته بالاي مواد FRPچسباندن آنها برروي تیر ، سبب ازایش سختی و کاهش خیـز تیـر مـی شود چهمچنین مواد FRPتا لحظه گسیختگی رتار تنشنکرنش خطی از خود نشان میدهنـد و بـدون جـذب انـرژي کای وعدم دارا بودن ناحیه تسلیم شبیه ناحیه تسلیم ولاد ، دچار گسیختگی می شوند بنابراین نسب آنها برروي تیر سبب کاهش شکل پذیري و مقدار جذب انرژي می شود شایان ذکراست کاهش انرژي جـذب شـده در اصـل بـه علـت تسلیم شدن موضعی میلگردهاي طولی در محدوده گسیختگیFRP است چرا کـه در تیرهـاي تقویـت نـشده تیـر در محدوده اي وسیع ترك می خورد و میلگردها به تسلیم می رسند، در حالیکه در تیر هاي تقویت شده میلگردهـا قـط در مرحله گسیختگی FRPتغییر شکل می دهند و انرژي جذب می کنند چبه طـورکلی بـا اـزایش لایـه هـاي FRPاز شکل پذیري تیر کاسته می شودچبنابراین با توجه به اینکه مقدار کرنش نهایی مواد FRPدر مقایسه با ولاد بسیار زیـاد است هنگامی که این مواد بوسیله اپوکسی به سطح کششی تیر براي تقویت خمشی چـسبیده مـی شـود قبـل از آنکـه کامپوزیت FRPشروع به تحمل بار زیادي کند ، ولاد به حالت تسلیم خود می رسدچبنابراین ازایش سختی تیر یا بار تسلیم آن بدون ازایش سطح مقطع FRP، براي همکاري بیشتر در باربري تیر، قبل از به تسلیم رسیدن ولاد ممکـن نیستچبه طور کلی تقویت تیر با سیستم FRPسبب ازایش ظریت نهایی مقطع می شود

شکل -2 استاده از صحه زیرین FRP براي مقاوم سازي خمشی تیرهاي بتن مسلح

4

ب- رتار برشی تیر تقویت شده با : FRP

اگر یک تیر بتنی در تحمل برش ضعی باشد یا پس از مقاوم سازي خمـشی، ظریـت برشـی آن در تحمـل نیروهـاي برشی نسبت به ظریت خمشی ، ضعی تر باشد باید مقاوم سازي برشی آن هم مد نظر قرار گیردچمقاوم سازي برشی در بیشتر موارد ، یک مرحله کلیدي و اساسی در مقاوم سازي موثر تیرهاي بتنی استچاسـتاده از صـحه زیـرین FRP براي مقاوم سازي خمشی تیرهاي بتن مسلح تاثیر چندانی در ازایش مقاومت برشی آنها ندارد، بنـابراین از اثـر مقـاوم سازي خمشی تیرها هنگام طراحی براي مقاوم سازي برشی صر نظر می شود چدر اینجا باید تاکید شود هرچند الیـا چسبانده شده به سطوح جانبی در راستاي طول تیر کمک شایانی به ظریت برشی تیر نمی کند امـا الیـا چـسبانده شده به این وجوه تحت زوایاي دیگر، در ازایش مقاومت برشی تیر سهیم می شوندچبیشتر زوایا براي چسباندن الیا به وجوه جانبی به جز زاویه موازي با ترك هاي برشی، در مهار کردن و کاهش دادن عرض ترك ها مید و موثرنـد طـرح هاي مختلی براي استاده از مصالح FRPدر مقاوم سازي برشی پیشنهاد شده است چاین طـرح هـا شـامل چـسباندن FRPبه سطوح جانبی تیر، استاده از پوشش شکل براي سطوح جـانبی (U-JACKET)وسـطح زیـرین تیـر و نیـز دورپیچ کردن دور مقطع با استاده از الیا و نوارهاي FRP است

شکل -3 ازایش مقاومت برشی تیر با استاده از پوششU شکل براي سطوح جانبی (U-JACKET)

ج-ازایش ظریت تغییر شکل و تاثیر محصورکنندگی در ستون تقویت شده با : FRP

با نزدیک شدن تنش به حد مقاومت شاري بتن ، ترك هایی در داخل بتن ایجاد می گردد و بتن در جهـت عمـود بـر جهت اعمال نیرو از هم باز می شودچدر این حالت اگر بوسیله میلگرد عرضی و یا هر ابزار دیگري مانع از حرکت عرضی بتن شویم بر مقاومت و شکل پذیري بتن ازوده می گرددچنمونه اي از عملکرد محصورکننده الیا شیـشه (GFRP)در ازایش مقاومت و شکل پذیري نمونه هاي استوانه اي در شکل زیر ارائه شده استچدر این آزمایش ها کـه در دانـشگاه صنعتی شری انجام شد، با ازودن لایه هایی از الیا شیشه توانستیم مقاومت نهایی را تا حد دو برابر ازایش دهیم اما اثر خیلی مهمتر الیا در این بود که ظریت تغییر شکل بتن را از حدود قققث میکروکرنش براي بتن نا محـصور بـه حدود قققوظ میکروکرنش براي بتن محصور ازایش دادچبدین ترتیب اگر تیرها و ستونهاي مجاور گره یک قاب بتنی را با این روش محصور کنیم باید انتظار داشت ظریت جابجایی آن حدودا"و برابر شودچبه عبارت دیگر حـد پـذیرش جابجایی چنین سازه هایی در زلزله سطح خطر مورد نظر به میزان پنج برابر ازایش