FRP مقاوم سازی لرزه ای دال، تیر و ستون با استفاده از مصالح
راهکارهای استخراج شده با استناد به نشریه 524 تهیه و تنظیم گردیده است.
راهکارهای مقاوم سازی دال
یکی از روش های مقاوم سازی و تقویت خمشی دال ها یه شکل موضعی ، استفاده از مصالح FRP می باشد. این مصالح ضمن سبکی از مقاومت کششی بالایی برخوردار بوده و با وجود قیمت بالایی که دارند شکل اجرا و پیاده سازی بسیار ساده است. جهت مقاوم سازی دال ها (یک طرفه و دو طرفه)، مصالح مرکب FRP را میتوان بصورت نوارها و یا صفحاتی مطابق شکل زیر بر روی سطوح تحت کشش اجرا نمود.
در صورت وجود تکیه گاه گیردار در لبه های دال و ایجاد لنگر منفی در مقطع ، میتوان از نوارهای FRP در وجه فوقانی دال استفاده نمود.
در دال هایی که بصورت طره ای به دیوار برشی متصل شده باشد، برای مهاربندی و مقاوم سازی اتصال دال به دیوار برشی میتوان نوار یا صفحه FRP را تا قسمتی از سطح دیوار بالا برده تا به آن چسبانده شود.
راهکارهای مقاوم سازی تیر
مقاوم سازی اعضای بتنی با مصالح کامپوزیتی FRP روشی رایج به شمار می رود. مصالح FRP خواص فیزیکی مناسبی دارند که از جمله آنها می توان به مقاومت کششی بالا و ضخامت و وزن کم اشاره نمود. مصالح FRP را میتوان برای افزایش مقاومت خمشی ، برشی و پیچشی تیر به کار برد. در هنگام استفاده از مصالح FRP باید سطح بتن و سطح FRP را آماده نمود.
آماده سازی سطح بتن:
جهت جلوگیری از کنده شدن صفحات FRP و چسب از روی بتن، میبایست تمام موارد ناصافی و ناهمواری از روی سطح بتن باید پاک شده و سطحی یکنواخت ایجاد نمود. زمانیکه یک لایه نازک FRP بر روی سطح ناهموار چسبانده شود ، قسمت های FRP که روی ناهمواری قرار گرفته دچار کشش شده و تمایل به صاف شدن دارند و این سبب ایجاد تنش های جداکننده می گردد. این تنش ها پس از رسیدن به حد معینی باعث از بین رفتن چسبندگی در این نقاط میگردد.
آماده سازی سطح FRP:
چنانچه سطح FRP به طور مناسب آماده نشده و از ذرات آلودگی و چربی پاک نشود، ممکن است اتصال نوار و چسب FRP دچار جداشدگی شود. چسب های FRP می بایست به اندازه ای قدرتمند باشد که مقاومت آنها بیشتر از مقاومت بتن باشد و به همین دلیل در اغلب حالات شکست در بتن رخ می دهد.
مقاوم سازی خمشی تیر با مصالح FRP:
در اینجا به نحوه محاسبه تقویت خمشی تیر با اضافه نمودن FRP میپردازیم. اتصال مصالح FRP به ناحیه کششی بتن به طوریکه راستای الیاف آن در جهت طولی یک عضو خمشی باشد، باعث افزایش مقاومت خمشی آن عضو می گردد. در طراحی این حالات می بایست رفتار قاب تقویت شده با در نظر گرفتن کاهش قابل توجه انحنای چرخش در قسمت های تقویت شده مورد بررسی قرار گیرد. همچنین باید تاثیر بارهای متناوب بر مصالح FRP نیز بررسی گردد.
مقاومت برشی مقطع:
هنگامیکه از مصالح FRP برای افزایش مقاومت خمشی عضوی استفاده شود، عضو باید بتواند نیروی برشی مربوط به افزایش ظرفیت خمشی مقطع را تحمل نماید.
کرنش لایه زیرین بتن موجود:
در صورتیکه پیش از نصب مصالح FRP، تمامی بارهای روی عضو شامل وزن آن یا نیروی پیش تنیدگی از روی عضو برداشته شود، باید کرنش اولیه موجود در سطح کششی بتن در نظر گرفته شود. این کرنش به عنوان کرنش اولیه بوده و باید از کرنش موجود در FRP جدا گردد. کرنش اولیه در لایه زیرین بتن میتواند با استفاده از تحلیل الاستیک عضو با در نظر گرفتن تمامی بارهای وارده در حین نصب FRP تعیین شود.
ضرایب جزئی ایمنی:
ضرایب جزئی ایمنی مصالح فولاد و بتن بر اساس ضوابط مندرج در آیین نامه بتن ایران "آبا" در نظر گرفته شود. ضریب جزئی ایمنی مصالح FRP، صرف نظر از نوع بارگذاری ، به نوع آن و شرایط محیطی بستگی دارد. این مقدار از ضرب عدد 85/0 در مقادیر مندرج در جدول 2-5-1 (بخش بهسازی ستون ها) که ضرایب کاهش محیطی نامیده میشود بدست می آید.
بررسی معایب مقاوم سازی خمشی تیرها با مصالح FRP:
در تمامی ارزیابی های انجام گرفته در رابطه با تقویت خمشی تیر با استفاده از ورقه ها و صفحات FRP، تیر تقویت شده ، بار بری نهایی بیشتری در مقایسه با حالت تقویت نشده نشان می دهد. با این وجود افزایش مشابه در بار تسلیم تیر نیز گزارش نشده است. بطور کلی مود های گسیختگی عضو بتن مسلح تقویت شده در خمش با تقویت کننده های FRP چسبیده خارج از عضو ، می تواند به روش های زیر تقسیم گردد:
1. شکست به علت گسیختگی FRP در اثر کشش ناشی از خمش ( اگر دو انتهای صفحه FRP چسبانده شده بخوبی مهار شده باشد، ممکن است تیر وقتی تحت حداکثر خمش قابل تحمل خود قرار می گیرد دچار گسیختگی مصالح FRP شود و یا اینکه بتن قسمت فشاری مقطع تیر، خرد گردد .)
2. شکست ترد به علت خرد شدن بتن فشاری تیر در اثر فشار ناشی از خمش در وجه فوقانی تیر (اگر دو انتهای صفحه FRP چسبانده شده بخوبی مهار شده باشد، ممکن است تیر وقتی تحت حداکثر خمش قابل تحمل خود قرار میگیرد دچار گسیختگی مصالح FRP شود – حالت1 و یا اینکه بتن قسمت فشاری مقطع تیر، خرد گردد- حالت 2)
3. شکست برشی ( تیر مقاوم سازی شده ممکن است بصورت ترد و ناگهانی در اثر برش دچار شکست شود. مقاوم سازی برشی تیرهای بتنی نیز باید به موازات مقاوم سازی خمشی انجام پذیرد تا شکست برشی مانع از ارائه حداکثر مقاومت خمشی تیر نگردد و تیر به حالت خمشی به نقطه شکست برسد.)
4. جدا شدن پوشش بتن از تیر.
5. از بین رفتن مقاومت برشی چسب و جدا شدن FRP از چسب (این حالت متداول ترین حالت شکست زودرس است و اغلب بدلیل تمرکز تنش ها در انتهای صفحه مقاوم کننده رخ می دهد).
6. گسستن چ سبندگی بصورت موضعی ناشی از بروز ترک های خمشی در میانه دهانه تیر و انتشار این روند.
7. از بین رفتن موضعی چسبندگی در سطح تماس FRP و بتن در اثر بروز ترک های مایل برشی در طول دهانه و انتشار این روند گسستگی.
در تمامی حالات نامبرده بجز حالات 6 و 7 که رشد و انتشار ترک خوردگی بتن و جدا شدن صفحه چسبانده شده از روی بتن بصورت تدریجی رخ می دهد، حالات شکست ترد و ناگهانی است. اینکه شکست مقاوم سازی در یک تیر طبق کدامیک از این حالات رخ می دهد، به عوامل متعددی از جمله مشخصات فولاد خمشی و برشی داخل مقطع، ابعاد هندسی، خصوصیات مصالح مصرف شده و لایه چسب بکار رفته بستگی دارد.
کرنش در مصالح FRP:
مصالح FRP تا نقطه شکست رفتار الاستیک خطی دارند، لذا کرنش FRP مقدار تنش ایجاد شده در آن را نشان می دهد. حداکثر کرنشی که میتواند در مصالح FRP ایجاد گردد، از میزان کرنش FRP در نقطه ای که بتن فشاری دچار شکست می شود یا نقطه ای که FRP گسیخته می گردد، بدست می آید.
تنش در مصالح FRP:
تنش موثر در مصالح FRP، حداکثر تنشی است که می تواند در FRP قبل از شکست خمشی ایجاد گردد. این تنش می تواند از سطح کرنش FRP با فرض رفتار الاستیک کامل محاسبه گردد.
مقاوم سازی برشی:
در این روش به منظور افزایش مقاومت برشی مقاطع بتن آرمه ، صفحات FRP به وجوه جانبی تیر چسبانده میشود بطوریکه راستای الیاف عمود بر محور طولی تیر یا مایل باشد. جهت داشتن رکاب خارجی U شکل، مصالح FRP بصورت ممتد روی دو وجه جانبی و زیر تیر نصب میشود که این امر باعث تقویت خمشی FRP نیز می گردد. از آنجاییکه طول موجود برای نصب رکابی های FRP به ارتفاع تیر محدود می شود، بتن موجود می بایست از کیفیت مناسبی برخوردار بوده و لذا سطح آن ترمیم گردد. به منظور پرهیز از گسیختگی رکابی های FRP در اثر تمرکز تنش در گوشه های مقطع تیر، این گوشه ها می بایست به شعاع 35 میلیمتر گرد شوند.
افزایش مقاومت موضعی تیرهای دارای سوراخ:
یکی دیگر از کاربردهای FRP افزایش مقاومت موضعی تیرهای دارای سوراخ (معمولا تاسیساتی) می باشد. در این روش می توان اطراف سوراخ ها را بطور موضعی با FRP تقویت کرد.
راهکارهای اجرایی برای رفع معایب FRP
- اعمال سیستم مهاربندی در انتهای لایه FRP.
- اعمال سیستم پیش تنیدگی در لایه FRP (مزیت ها: افزایش سختی، کاهش عرض و توزیع ترک، بهبود مقاومت برشی و خمشی عضو، اجتناب از مودهای شکست ناشی از پوسته شدن در ناحیه ترک ها و انتهای لایه FRP، افزایش ظرفیت مقطع، افزایش بار تسلیم مقطع).
راهکارهای مقاوم سازی ستون
روش های مقاوم سازی ستون مسلح شامل روکش بتنی ، روکش فولادی ، روکش FRP می باشد. در این بخش به بررسی راهکار FRP می پردازیم.
استفاده از الیاف مسلح پلاستیکی FRP
مقاوم سازی اعضای بتنی با مصالح کامپوزیتی FRP، روشی نسبتا جدید به شمار می رود. مصالح FRP خواص فیزیکی مناسبی داشته که می توانند به مقاومت کششی بالا و ضخامت و وزن کم آنها اشاره نمود. در ستون های بتنی استفاده از FRP ضمن افزایش ظرفیت برشی ستون ، مد گسیختگی آن را از حالت برشی به خمشی تغییر داده و شکل پذیری را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد.
جهت محصور کردن عضو بتنی ، لازم است راستای الیاف تا حد امکان عمود بر محور طولی عضو باشد. در این وضعیت، الیاف حلقوی مشابه تنگ های بسته یا خاموت های مارپیچی فولادی عمل می کند. از معایب این روش، هزینه بالای آن، رفتار تردشکن و مقاومت کم آن در برابر آتش سوزی است.
ضوابط طراحی ستون های بتنی مقاوم سازی شده با الیاف مسطح پلاستیکی FRP:
- مقاوم سازی ستون های گرد کوتاه تحت فشار خالص
- ستون های مستطیلی کوتاه تحت فشار خالص
- تقویت برشی برای اعضای فشاری
- محدودیت های مقاوم سازی برای ظرفیت بار محوری
در همین راستا شرکت آبادگران اقدام به طراحی و تولید چسبFRP با مشخصات منحصر به فرد و کد تجاری ABABOND FRP-301 نموده است. این ماده چسبی دو جزیی بدون حلال بر پایه رزین اپوکسی و هاردنر پلی آمین اصلاح شده میباشد که برای اتصال انواع الیاف مقاومسازی به زیرآیند بتنی طراحی شده است. این چسب دارای مقاومت مکانیکی و شیمیایی عالی و چسبندگی بسیار زیاد میباشد و با توجه به طراحی منحصر به فرد آن، بر روی سطوح خشک و مرطوب قابل اجرا است. همچنین به واسطه خواص رئولوژی ویژه آن، سطح الیاف به طور کامل اشباع شده و الیاف بدون لغزش بر روی سطح متصل میشوند.
برای مطالعه بیشتر پیرامون این موضوع میتوانید به مقاله ذیل رجوع کنید :
-راهبرد های مقاوم سازی لرزه ای با استفاده از کاشت پیچ و میلگرد
