در بسیاری از سازه های بتنی مسلح موجود امروزی، مشکلات متعددی در ظرفیت باربری و بهره برداری دیده می شود، که اغلب این مشکلات معمولاً به دلایلی چون تغییرات کاربری، تغییرات الزامات آیین نامه ای نسبت به گذشته، افزایش بارهای وارد بر سازه، عدم طراحی درست، بی دقتی در اجرا و غیره رخ می دهند. اما طبیعتاً تخریب و ساخت ساختمان جدید برای رفع ایرادات، عقلانی نبوده و البته هزینه های بسیاری نیز به دنبال دارد. لذا در اینجا مقاوم سازی با FRP از بهترین راهکارها میباشد.. اما برای صرفه جویی در هزینه ها، با اطمینان خاطر از فرایند بهسازی، باید از بهترین روش های موجود استفاده کرد. از جمله بهترین روش های مقاوم سازی ساختمان می توان به مقاوم سازی تیرهای بتنی با FRP اشاره کرد. در ادامه مطلب با ما همراه باشید، تا به بررسی این روش کاربردی بپردازیم.
مقاوم سازی تیرهای بتنی با FRP چیست؟
در این روش از مقاوم سازی، از کامپوزیت های frp به منظور افزایش ظرفیت باربری اعضای ساختمان و همچنین افزودن المان های مقاوم در سازه ها، استفاده می شود. از آنجایی که frp ها دارای وزن سبک، کاربرد آسان و مقاومت بالایی هستند، لذا اکثر مهندسین در پروژه های مختلف خود از آنها بهره می گیرند.همچنین تیرهای بتنی نقش مهمی در سیستم سازه دارند و باعث انتقال نیروهای ثقلی و جانبی دیافراگم به ستون می شوند، لذا لازم است تا با استفاده از این روش آنها را بهسازی لرزه ای و مقاوم سازی کرده، تا دچار شکستگی نشوند. مقاوم سازی تیرهای بتنی با frp یک روش جهانی برای این کار است. مصالح frp دارای ویژگی های فیزیکی فوق العاده ای چون مقاومت کششی بالا و ضخامت و وزن کم نیز هستند. همچنین اقتصادی بودن این روش نسبت به روش های دیگر، از جمله دیگر دلایل محبوبیت آن در بین مهندسین است. این روش بسیار سریع نتیجه داده و قادر است تا مقاومت تیرهای بتنی را تنها در طول سه الی چهار روز، به ۳ برابر مقاومت کششی فولاد برساند.
انواع مقاوم سازی تیر بتنی با الیاف FRP
تقویت خمشی تیر بتنی با FRP
از جمله کاربردهای پلیمرهای مسلح شده با الیاف frp، می توان به تقویت خمشی تیرها یا دال های بتنی در دهانه های بلند اشاره کرد. این الیاف همچنین برای تیرها و دال هایی با دهانه های کوچک نیز، قابل استفاده هستند. از آنجایی که ممکن است طراحی اولیه برخی از اعضا نامناسب باشد، می توانید از الیاف frp بهره گرفته تا سختی و مقاومت خمشی را افزایش دهید. در صورتی که نسبت ضخامت و ارتفاع عضو دهانه آن کم باشد، با افزایش خیز وسط دهانه عضو و در نتیجه کاهش سختی، مواجه می شویم. به خاطر داشته باشید که کم بودن میزان آرماتور خمشی در تیر یا دال، می تواند باعث ایجاد ترک های خمشی در زیر تیر یا دال شود، که معمولاً هم قائم شکل بوده و در راستای خمش در محل لنگر خمشی می باشند. به منظور افزایش مقاومت خمشی می بایست ورق های پلیمری کربنی یا همان frp را با کمک چسب اپوکسی، در بخش کششی عضو خمشی بچسبانید.
دقت داشته باشید که در مقاوم سازی تیرهای بتنی با frp، وجه تحتانی باید وسط تیر ورق های پلیمری و در بخش فوقانی نیز باید تکیه گاه این ورقه ها را بچسبانید. اگر می خواهید که مقاومت کششی الیاف بیشتر باشد، باید حتماً جهت آنها را در راستای آرماتورهای فولادی قرار دهید. هرچند که ضخامت الیاف پلیمری کم است، اما مدول الاستیسیته بالای آنها باعث افزایش سختی تیر و کاهش خیز می شود. از آنجایی که مقاوم سازی اعضای خمشی با استفاده از الیاف frp روش بسیار خوبی است، از آن در موارد بسیاری چون مقاوم سازی عرشه پل ها، تیر ساختمان های مسکونی و دال ساختمان ها استفاده می شود.
مطلب مرتبط: مقاوم سازی ستون با frp
تقویت برشی تیر بتنی با FRP
از جمله انواع مقاوم سازی تیرهای بتنی با frp، می توان به تقویت برشی این تیرها اشاره کرد. نقش تعمیر مقاومت برشی در تیرهای بتنی عموما بر عهده خاموت ها می باشد، چرا که آنها معمولاً در جهت عمود بر راستای تیر قرار گرفته اند. کم بودن مقاومت برشی بتن باعث شده تا خاموت ها راهکار مناسبی برای تامین مقاومت آنها باشند. اما اگر مقاومت برشی تیر ها به اندازه کافی نباشد، ترک های برشی در محل برش بیشینه به وجود می آیند، که معمولاً به صورت مایل با زاویه ۴۵ درجه هستند. برای اینکه وجه برشی تیرها را تقویت کنیم، الیاف پلیمری یا همان frp گزینه بسیار مناسبی هستند. شیوه استفاده از آن ها در این مورد، به این صورت است که باید به شکل مایل یا قائم در دو طرف تیر چسبانده شوند. برای افزایش مقاومت برشی تیر، دقت کنید که حتماً زاویه بین الیاف با راستای عمود بر ترک های برشی، کمتر شود. برای مقاوم سازی این تیرها می توانید از نوار U شکل و یا FRP کاملاً پوششی استفاده کنید.
برای کسب اطلاعات بیشتر به صفحه مقاوم سازی دیوار بتنی با frp مراجعه نمایید.
تسلیح سطحی با استفاده از آرماتور FRP
مقاوم سازی تیرهای بتنی با frp مزایای بسیار زیادی دارد. اما از آنجایی که ورق های frp معمولاً در مقابل ضربه و حرارت آتش و اشعه ماورای بنفش آسیب پذیر هستند، می توانید از روش تسلیح سطحی یا nsm برای جلوگیری از اینگونه آسیب ها و کاهش آسیب پذیری، بهره بگیرید. این روش بدین صورت است که ابتدا باید در سطح بتنی عضو مورد نظر، شکاف هایی با عمق کمتر از ضخامت پوشش بتن ایجاد کرده و سپس در این شکاف ها، آرماتورهای پلی کربنی و یا آرماتورهای پلیمری شیشه را بچسبانیم.
اجرای مقاوم سازی تیر بتنی با FRP
مقاوم سازی تیرهای بتنی با frp دارای مقدمات مشخصی می باشد. برای اینکه از این روش استفاده کنید، ابتدا لازم است تا سطح بتن و سطح الیاف frp را برای نصب آماده کنید. به طور کلی اجرای این روش شامل مراحل زیر می باشد.
آماده کردن سطح بتن
قبل از آنکه سطح بتن را با رزین بپوشانید، برای آنکه احتمال کنده شدن صفحه frp و یا رزین از روی سطح آن کاهش یابد، نیاز است تا به شکل مناسبی آن را آماده کنید. برای این کار ابتدا باید تمامی ناصافی ها و ناهمواری های سطح را از بین برده و آن را کاملاً صاف و هموار کنید. چرا که سطح ناهموار بتن باعث می شود تا در هنگام چسباندن لایه های frp، قسمت هایی که بر روی ناهمواری ها قرار گرفته اند، دچار کشش شده و از آنجایی که برای صاف شدن تلاش می کنند، در نتیجه چسبندگی خود را پس از مدتی از دست می دهند.شما میتوانید برای کسب اطلاعات بیشتر به مطالعه صفحه مقاوم سازی فونداسیون با FRP بپردازید.
آماده سازی سطح FRP
همانند سطح بتن، سطح frp نیز باید کاملاً آماده شود. منظور از آماده سازی صفحه frp، پاک کردن آلودگی هایی چون ذرات و چربی ها از روی آن است. چرا که وجود این مواد آلوده، چسبندگی سطح آن را کاهش داده و در نتیجه می تواند باعث جدایی اتصال در سطح نوار frp با چسب شود. برای آنکه تاثیر مقاوم سازی تیرهای بتنی با frp افزایش یابد، لازم است تمامی این آماده سازی ها به طور کامل و دقیق صورت گیرند.
چسب FRP
برای آنکه از نوارها، لمینیت ها و الیاف FRP استفاده کنید، باید ابتدا چسب های frp قدرتمندی تهیه کنید. بدین منظور محصولات بسیاری وجود دارند، که می توانید با مشاوره شرکت ما آنها را تهیه کنید. البته معمولاً مقاومت رزین ها و چسب ها بیشتر از مقاومت بتن می باشد و همین امر باعث شده تا مکانیزم شکست، بیشتر در بتن ها رخ دهد تا لایه های چسب. این حالت تنها در صورتی بر قرار است، که شما از چسب های مناسب استفاده کنید. در واقع چسب های نامناسب و یا اجرای غلط آنها در سیستم، می تواند لایه های چسب را نیز دچار مشکل کند. عموماً این مشکلات در سطح مشترک چسب و الیاف frp و یا بتن و چسب اتفاق می افتند.
کاربردهای مقاوم سازی تیرهای بتنی با FRP
همانطور که پیشتر نیز گفته شد، مقاوم سازی تیرهای بتنی با frp کاربردهای بسیاری دارد، که در اینجا به برخی از آنها اشاره خواهیم کرد.
- استفاده در پروژه هایی که بودجه اقتصادی محدود داشته و نیاز به صرفه جویی در مخارج دارند.
- برای پروژه هایی که دارای محدودیت های مشخصی در اجرا می باشند.
- قابل استفاده در زمان هایی که پروژه نیاز به اجرای فوری داشته و زمان کمی برای نصب وجود دارد.
- برای پروژه هایی که تغییر نیافتن معماری سازه، از اهمیت بالایی برخوردار است.
- به منظور افزایش مقاومت برشی و خمشی تیرهایی که مقاومت کافی ندارند.
- قابل استفاده در بخش هایی که تنها نیاز به مقاوم سازی موضعی دارند.
- مناسب برای سازه ها و ساختمان هایی که در محیط های لرزه ای و آسیب زا قرار داشته، تا بتوانند طول عمر بیشتری داشته باشند.
- مناسب برای تامین پوشش های نارسانای الکتریکی و مغناطیسی در شرایطی که نیاز باشد.
- قابل استفاده در پروژه هایی که خیز به وجود آمده و در نتیجه آن عواقبی پدید آمده اند.
- مناسب برای اصلاح خطاهای طراحی و اجرایی پیش آمده در پروژه، که باعث مشکل شده اند.
- مناسب برای سازه هایی که کاربری آنها تغییر یافته و باید ظرفیت باربری شان را افزایش دهیم.
bbt شما را به مطالعه مقاوم‌سازی پل ها با FRP دعوت میکند.
مزایای مقاوم سازی تیر بتنی با FRP
- الیاف frp و این روش مقاوم سازی، بسیار به صرفه است.
- در مقایسه با سایر روش های مقاوم سازی، این روش دارای نصب آسان تری می باشد.
- الیاف frp قابلیت برش در ابعاد مختلفی را دارند.
- با استفاده از این روش می توانید از خارج نیز تیرهای بتنی را تقویت کنید.
- مقاومت کششی این الیاف سه برابر فولاد است.
- نیازمند تجهیزات ساده تری نسبت به سایر روش ها بوده و در نتیجه بهره برداری آسان تری نیز دارد.
- در این روش نیازی به نصب داربست های گسترده برای تقویت تیرهای بتنی نمی باشد.
- با استفاده از این روش، تغییرات بسیار کمی در ویژگی های معماری ساختمان، همچون ابعاد، شکل و وزن آن، پدید می آید و دلیل آن هم ضخامت کم frp است.
- نصب الیاف frp هم جهت با راستای تیر، می تواند ظرفیت خمشی تیرهای بتنی را به طور چشم گیری افزایش دهد.
- با نصب الیاف آرپی در قسمت بالا و پایین می توانید از ویژگی سختی کششی الیاف آرپی در اجزای بتنی تحت خمش مثبت و منفی استفاده کنید
- نصب این الیاف به صورت قائم یا عمود با جهت راستای تیر باعث افزایش ظرفیت برشی تیرهای بتنی به صورت چشم گیری می شود
- با استفاده از این روش می توانید طرفین حفره های محل عبور تاسیسات در تیر را تقویت کنید.
- مقاوم سازی تیرهای بتنی با frp باعث به وجود آمدن سطوح مقاوم در برابر سایش می شود.
- مصالح frp سختی بسیاری در مقابل سایش نسبت به روش های سنتی دارند.
- ایجاد قابلیت ترمیم و تعمیر پوشش های ترک خورده در بتن، با کمک الیاف frp
- کاهش عرض ترک ها، باعث افزایش مقاومت در برابر خوردگی می شود.
- مقاوم سازی با frp نیازمند محافظت خاص پس از اجرا و یا تکرار در گذر زمان نیست.
- مقاوم سازی با frp دارای عمر طولانی و بدون نیاز به تعمیر است.
- حفاظت الیاف frp از اجزای سازه در مقابل عوامل آسیب زای محیطی، باعث افزایش عمر مفید سازه می شود.
- چگالی حدود ۲۰ درصدی فولاد در frp
- بالا بودن نسبت سختی به وزن در الیاف frp
- قابل استفاده در فضاهایی با دسترسی محدود
مطلب مرتبط: میلگرد FRP
هزینه مقاوم سازی تیر بتنی با FRP
همانطور که پیشتر نیز گفته شد، مقاوم سازی تیرهای بتنی با frp به صرفه ترین روش است. الیاف frp قیمت کمتری نسبت به سایر مصالح داشته و همچنین از آنجایی که نسل جدیدی از مصالح ساختمانی هستند، هزینه هایی چون طراحی، مقاوم سازی، تولید و نصب را نیز کاهش داده اند.
جمع بندی
مقاوم سازی تیرهای بتنی با frp یکی از پرکاربردترین و به روزترین روش های موجود برای تقویت سازه های بتنی در جهان و ایران می باشد. این روش مزایای بسیاری از جمله هزینه کمتر، مقاومت بیشتر، نصب و نگهداری آسان و غیره دارد، که همگی باعث شده اند تا این روش در مکان های مختلفی مورد استفاده قرار گیرد. این روش دارای انواع مختلفی نیز می باشد، که هر یک با توجه به کاربرد مشخصی قابل پیاده سازی هستند. البته باید توجه داشت که اجرای دقیق و صحیح این روش، در افزایش بهره وری و مقاومت آن، تاثیر بسزایی دارد. در صورتی که اجرای آن به طور درست صورت نگیرد، در مدت کوتاهی می تواند باعث کنده شدن چسب ها و از بین رفتن مواد شود.
