مقاوم سازی با استفاده از ژاکت بتنی

مقاوم سازی با استفاده از ژاکت بتنی

زمانی مقاوم سازی انجام میشود که بخواهیم بار وارده به سازه رو کاهش دهیم در مواردی همچون

1. افزایش بار اجزا یا به دلیل افزایش تعداد طبقات و یا به دلیل اشتباه در طراحی.
2. مطابق نبودن مقاومت فشاری بتن یا درصد و نوع آرماتور با الزامات آیین‌نامه.
3. خطا در اجرای سازه
4. نشست بیش از حد در فونداسیون

ممکن است احتیاج باشد که مقاوم سازی انجام شود به طور کلی سه روش برای تقویت سازه ها بتن مسلح انجام میشود که در این مقاله میخوایم استفاده از ژاکت بتنی را مورد بحث قرار دهیم

استفاده از ژاکت بتن مسلح

یکی از روش‌هایی است که برای بهبود یا بازیابی ظرفیت سازه‌های بتن مسلح استفاده می‌شود اندازه ژاکت و تعداد و قطر میلگردهای فولادی مورداستفاده در فرایند ژاکت بندی به تحلیل نیروهای داخلی بستگی دارد.

1. در صورت نیاز، باید بارهای روی ستون‌ها به طور موقت کاهش یابند یا حذف شوند. این کار با قراردادن جک‌های مکانیکی و پایه‌های اضافی بین طبقات انجام می‌شود.
2. اگر مشخص شود که آرماتورها دچار خوردگی شده‌اند، پوشش بتنی را جدا کرده و با استفاده از برس سیمی یا سند پلاست، میله‌های فولادی تمیز شوند.
3. میله‌های فولادی با یک ماده اپوکسی ضدزنگ که از خوردگی جلوگیری می‌کند، پوشانده شوند.
4. اگر نیازی به کاهش بارها و تمیزکردن آرماتور نیست، فرایند ژاکت بندی با افزودن اتصالات فولادی به ستون موجود آغاز می‌شود.
5. اتصالات فولادی با ایجاد سوراخ‌هایی به‌اندازه 3-4 میلی‌متر بزرگ‌تر از قطر اتصال‌دهنده‌های فولادی و عمق 10-15 سانتی‌متر به ستون اضافه می‌شوند.
6. فاصله رکاب‌های جدید ژاکت بتنی در دو جهت عمودی و افقی نباید بیش از 50 سانتی‌متر باشد.
7. سوراخ‌ها با چسب اپوکسی مناسب پر می‌شوند سپس کانکتورها داخل سوراخ‌ها قرار داده می‌شوند.

8. اتصالات فولادی عمودی برای بستن میله‌های فولادی عمودی ژاکت به روش مشابه در مراحل 5 و 6 انجام میگیرد.
9. میلگردهای فولادی عمودی جدید و رکاب ژاکت باتوجه‌به ابعاد و قطرهای طراحی شده نصب می‌شوند
10. سطوح ستون موجود با مواد اپوکسی مناسب که پیوند بین بتن قدیمی و جدید را تضمین می‌کند پوشش داده می‌شوند.
11. بتن‌ریزی ژاکت بتنی قبل از خشک‌شدن مواد اپوکسی. بتن مورداستفاده باید دارای انقباض کم بوده و از سنگ‌دانه‌های کوچک، ماسه، سیمان و مواد اضافی برای جلوگیری از انقباض تشکیل شده باشد. مراحل پوشش بتن‌آرمه نشان‌داده‌شده است.

استفاده از ژاکت بتن مسلح

کاربرد های مقاوم سازی با ژاکت بتنی

ژاکت بتنی احتمالاً بیشترین استفاده را برای تقویت اعضای بتن مسلح دارد. اجرای ژاکت بتنی به دو صورت اجرا شده در محل یا با شات‌کریت می‌باشد. این روش شامل افزودن یک‌لایه بتن مسلح به شکل ژاکت با استفاده از آرماتورهای فولادی طولی و اتصالات فولادی عرضی در خارج از محیط عضو موجود است

ساخت ژاکت بتنی

ساخت ژاکت بتنی با بتن ریخته‌شده در محل مستلزم نصب قالب در اطراف ستون موجود است که قالب روی آن بسته می‌شود. ضخامت ژاکت معمولاً بیش از 10 سانتی‌متر است تا امکان ریختن بتن بدون حفره و شکاف فراهم شود. درحالی‌که، با استفاده از شات‌کریت می‌توان از ژاکت‌هایی با ضخامت کمتر از 5 سانتی‌متر را نیز ایجاد کرد، اگرچه معمولاً ژاکت‌ها 5/7 سانتی‌متر یا بیشتر ضخامت دارند تا پوششی با فضای کافی برای جاگذاری آرماتورهای طولی و عرضی جدید و فاصله بین آنها وجود داشته باشد.

آماده‌سازی سطح عضو موجود با ژاکت بسیار مهم است. برای دستیابی به شرایط اتصال خوب با ژاکت ضروری است که عضو موجود دارای پایه بتنی تمیز و سالم باشد. اتصال بتن جدید و موجود با زبری سطح و نصب رول‌پلاک‌های فولادی بیشتر می‌شود

میلگردها و رکابی‌های فولادی عمودی جدید باتوجه‌به ابعاد و قطرهای طراحی شده نصب می‌شوند. ازآنجایی‌که بسیاری از اوقات نمی‌توان از خم 135 درجه به دلیل وجود اعضای موجود و ضخامت کم ژاکت بتنی استفاده کرد لذا اغلب نیاز به جوشکاری میباشد

در نواحی اتصال تیر و ستون به اتصال میلگردهای طولی بین طبقات باید توجه ویژه‌ای معطوف شود، معمولاً در این نواحی نیاز به بازکردن سوراخ‌های کوچک در دال بتنی است، این کار معمولاً با چکش تخریب کوچک یا مته الکتریکی قابل‌حمل انجام می‌گردد. همچنین سوراخ‌های عمودی تیرهای مجاور نیز باید ایجاد شوند که این کار فقط با مته برقی قابل انجام است تا آسیب جدی به تیر وارد نشود. قراردادن رکاب‌ها در سطح تیر بسیار حساس است زیرا برای عبور از قسمت‌های هر رکاب باید یک سری سوراخ ایجاد کرد. در نهایت قطعات مختلف از طریق عملیات جوشکاری به هم متصل می‌شوند

گاهی اوقات میلگردهای جدید و موجود با جوشکاری با اتصالات فولادی U شکل یا صفحات فولادی به هم متصل می‌شوند و این روش می‌تواند جایگزین رول‌پلاک‌های فولادی باشد. بااین‌حال، رول‌پلاک‌های فولادی روش بهتری در نظر گرفته می‌شوند، زیرا جوش آرماتورهای موجود اغلب غیرممکن و یا غیرقابل‌اعتماد هستند.

زمانی که فقط مقاومت برشی و تغییر شکل عضو مهم است، ممکن است ژاکت (هم بتن و هم آرماتور) در تیرها خاتمه یابد. یا در انتهای ژاکت، یک شکاف به‌اندازه 1-2 سانتی‌متر باقی بماند. بااین‌حال، این روش، باتوجه‌به جایگزین‌های مشابه (استفاده از دور پیچ FRP) دست‌وپا گیرتر و گران‌تر است و در کاربردهای عملی چندان رایج نیست.

در مواردی که ساخت ژاکت بتنی بسته (4 وجهی) امکان‌پذیر نباشد (ستون‌ها در محیط ساختمان‌هایی که در مجاورت سایر املاک موجود هستند یا تیرها در مکان‌هایی بدون دسترسی به طبقه فوقانی)، ژاکت‌های 3 وجهی ممکن است. اعمال شود، مشروط بر اینکه ژاکت به‌خوبی از طریق رول‌پلاک یا جوش به عضو موجود متصل باشد و تعداد و فاصله رکاب‌ها به‌اندازه کافی باشند . از ژاکت‌های دوطرفه و یک‌طرفه باید اجتناب شود و حتی توسط برخی استانداردها مجاز نیستند، زیرا نمی‌توان ژاکت بتنی را به طور مؤثر با عضو موجود متصل کرد، بنابراین عضو جدید ممکن است یکپارچه رفتار نکند.

لازم به ذکر است که هنگام تقویت اعضای عمودی با ژاکت بتنی ، طرفین عضو موجود که در آن ژاکت اجرا می‌شود، برای عبور آرماتور و ساخت ژاکت باید کاملاً باز شود. این امر مستلزم تخریب و بازسازی چندین بخش غیرسازه‌ای ساختمان از قبیل کف، کاشی، سقف کاذب، در یا پنجره است و می‌تواند باعث افزایش هزینه‌ها، اختلال در بهره‌برداری ساختمان و مشکلات معماری شود؛ لذا هنگام تصمیم‌گیری برای تقویت یک ساختمان با ژاکت، به‌ویژه زمانی که ساختمان در حال بهره‌برداری است، باید تمام این عوامل را در نظر گرفت.

بررسی مزایا و معایب

با استفاده از ژاکت‌ بتنی افزایش قابل‌توجهی در مقاومت (خمشی و برشی)، و ظرفیت باربری محوری عضو حاصل می‌شود. علاوه بر این، از طریق محصور شدن و عملکرد ضد کمانش رکاب‌های جدید، افزایش قابل‌توجهی در شکل‌پذیری و ظرفیت تغییر شکل عضو موجود به وجود می‌آید. ظرفیت باربری و مقاومت خمشی عضو به دلیل آرماتورهای طولی اضافی افزایش می‌یابد و بهبود در مقاومت برشی و شکل‌پذیری از طریق آرماتورهای عرضی اضافی حاصل می‌شود.

افزایش قابل‌توجه مقاومت عضو با ایجاد ژاکت‌ها را می‌توان با استفاده از یک مثال یک عضو موجود و ایجاد ژاکت مربوطه مشاهده کرد. این ستون به ابعاد 25×25 با بتن C25  و میلگردهای S500 طولی Ø18 4 و خاموت 30@ Ø8 با یک ژاکت بتنی 10 سانتی‌متری با Ø208 و خاموت 10@ Ø10 تقویت شده است. مقاومت خمشی از 25 کیلو نیوتن متر به 320 کیلو نیوتن متر افزایش می‌یابد. همچنین مقاومت برشی از 20 کیلو نیوتن به 235 کیلو نیوتن افزایش‌یافته است.

همچنین، به دلیل افزایش ابعاد مقطع، افزایش سختی عضو نیز حاصل می‌شود. به‌عنوان‌مثال، در مثال شکل 10، افزایش سختی الاستیک ده برابر شده است. این افزایش در سختی اعضای تقویت شده یک ساختمان موجود معمولاً باعث کاهش تقاضای اعضایی می‌شود که مقاوم‌سازی نشده‌اند. بااین‌حال، در موارد معمول و در ساختمان‌های قدیمی‌تر این کاهش تقاضا باتوجه‌به عدم مقاومت قابل‌توجه اعضای موجود معمولاً کافی نیست تا این اعضا بدون مقاوم‌سازی باقی بمانند. در نتیجه، زمانی که ژاکت بتنی به‌عنوان روش اصلی مقاوم‌سازی انتخاب می‌شود، معمولاً مستلزم تقویت تمام یا تقریباً تمام اعضای عمودی یک ساختمان، حداقل در طبقات پایین‌تر به دلیل تقاضای برشی بیشتر روی ستون‌ها است. در نتیجه، استفاده از ژاکت در ساختمان‌هایی که تحت بازسازی اساسی قرار می‌گیرند و هزینه آسیب به عناصر غیرسازه‌ای ناشی از عملیات مقاوم‌سازی نسبتاً کم است بسیار مفید می‌باشد.

ستون به ابعاد 25×25 با میلگردهای Ø18 4 و خاموت 30@که Ø8 با یک ژاکت بتنی 10 سانتی‌متری با Ø208 و خاموت 10@ Ø10 تقویت شده است

برعکس، در ساختمان‌های در حال بهره‌برداری، معایب استفاده از ژاکت بتنی برای تمام اعضای عمودی به دلایل متعدد بسیار است: (1) به‌طورکلی این یک روش “کثیف” و مخرب است ، (2) افزایش هزینه برای آسیب‌های غیرسازه‌ای در دیوارها، گچ، سقف‌ها، کاشی‌ها برای ساخت ژاکت، زیاد می‌باشد (3) مشکلات معماری که ژاکت‌ها می‌توانند تحمیل کنند، گسترده است. به‌عنوان‌مثال روکش کردن ستون مجاور یک دهانه مستلزم جابه‌جایی، تعویض یا انطباق پنجره یا در است.یکی از معایب نهایی ژاکت که نمی‌توان نادیده گرفت، افزایش هزینه ساخت آن نسبت به پرکاربردترین جایگزین (دورپیچ FRP) است. بااین‌حال، باید توجه داشت که ژاکت‌های بتن مسلح دارای  مزایای قابل‌ توجهی نسبت به الیاف FRP هستند. ژاکت بتنی استحکام و سختی بیشتری را هم در خمش و هم در برش نسبت به دورپیچ FRP ایجاد می‌کنند.

طراحی: مدل‌سازی، تحلیل و بررسی

1. عضو ژاکت دار رفتاری یکپارچه با عمل ترکیبی کامل بین بتن قدیمی و جدید دارد؛ بنابراین، فرضیه اویلر – برنولی مبنی بر اینکه مقاطع صفحات متعامد با محور طولی عضو، پس از بارگذاری صاف و عمود با محور عضو باقی می‌مانند، برای بخش مرکب (بتن + ژاکت موجود) نیز معتبر است.
2. این واقعیت که بار محوری به ستون قدیمی به‌تنهایی اعمال می‌شود نادیده گرفته می‌شود و فرض می‌شود که بار محوری کامل هم بر روی قسمت موجود و هم بر روی قسمت ژاکت بتنی شده اعمال می‌شود.
3. اگر دو ماده مختلف بتن را نتوان با تحلیل سازه‌ای تطبیق داد، فرض می‌شود که خواص بتن ژاکت بر روی بخش کامل عنصر اعمال می‌شود.

در نهایت ظرفیت خمشی و برشی اعضا با برخی ضرایب اصلاحی ضرب می‌شود که بر همکنش بین سطوح بتن جدید و موجود را در نظر می‌گیرد و ظرفیت کل (قطع پوششی)+ (بخش موجود) عضو را کاهش می‌دهد. به‌عنوان‌مثال، طبق EC8 کاهش مقاومت برشی کل 10% است VR* = 0.90VR، (به EC8-Part 3، A.4.2.2 مراجعه کنید).

یکی از مسائل کلیدی نهایی در ژاکت‌ها، توانایی انتقال نیرو بین بتن جدید و قدیمی، از طریق رابطه بین دو بتن، رول‌پلاک یا جوش است. ازآنجایی‌که به‌طورکلی باید از جوشکاری به دلیل خوردگی احتمالی در آرماتور موجود اجتناب شود، یک استراتژی خوب دست بالا در این راستا طراحی رول‌پلاک بین بتن جدید و موجود برای حمل کل نیروی برشی در فصل مشترک، بدون توجه به انتقال نیرو بین سطح مشترک بتن جدید و قدیم است.