بهسازی ساختمان‌های بنایی با استفاده از مصالح FRP

مقدمه

بخش قابل توجهي از ساختمان هاي موجود در كشور از نوع مصالح بنايي مي باشند كه در ساخت اكثر آنها ضوابط آيين نامه اي رعايت نشده است. آسيب پذيري بسيار شديد اين ساختمان ها در زلزله هاي گذشته اهميت توجه به بهسازي لرزه اي اين ساختمان ها را بيش از پيش مطرح مي نمايد. سعي بر آن است كه با توجه به تجربيات موجود در خصوص عملكرد لرزه اي ساختمان هاي بنايي و همچنين مراجع و دستورالعمل هاي موجود، رفتار لرزه اي المانهاي سازه اي در اين ساختمان ها مورد بررسي قرار گرفته و روش هاي مختلف ارزيابي و بهسازي آنها ارائه گردد.

انواع خسارات بوجود آمده ناشي از زلزله هاي گذشته

وقوع زمين لرزه هاي گذشته، آسيب ديدگي بسياري از سازه هاي بنايي را به همراه داشته است. اما عموماً ساختمان هايي كه ضوابط آيين نامه هاي طراحي در اجراي آنها رعايت شده،  پس از زلزله انسجام و یکپارچکی خود را حفظ نموده اند و حتی در مواردی مشاهده شده است که قابلیت سکونت نیز دارند.

به طور كلي آسيب هاي وارد بر سازه هاي بنايي پس از وقوع زلزله شامل موارد ذیل می باشد:

الف) عدم انسجام سقف

ب-1) فروريختگي ديوارها

ب-2) شكست داخل صفحه

• لغزش درز ملات افقي
• كشش قطري
• حركت گهواره اي
• خرابي فشاري پنجه

پ) خرابي كلاف هاي قائم و افقي به علت استفاده از مصالح نامناسب

ت) خرابي كلي سازه که به علت نامنظمي در پلان يا ارتفاع مي باشد.

برای افزایش مقاومت سا زه های بنایی روش های مختلفی  وجود دارد که بسته به موقعیت و تصمیم مهندس طراح گزینش می شود که روش انتخابی قطعا به وضعیت اقتصاد پروژه نیز وابسته می باشد. در ساختمان های بنایی دیوارهای باربر سازه وظیفه مهار بارهای جانبی را برعهده دارند لذا طرح های تقویت دیوار برای مقابله با بارهای لرزه ای مورد استفاده قرار میگیرند.

تعدادي از روشهاي موجود براي تقويت ساختمان هاي بنايي در مقابل بارهاي جانبي به صورت ذیل بیان می شود:

1. سيستم كامپوزيت FRP
2. روكش بتني
3. تعبيه ديوار برشي
4. استقرار ديوارهاي جديد
5. استفاده از پشت بند
6. تزريق ملات
7. تعبيه كلا فهاي قائم

سيستم كامپوزيت FRP

از سيستمهاي  FRP  به عنوان جایگزین صفحات فولادي، پوشش هاي بتني و دیگر تقویت کننده ها استفاده می شود. اعضاي سازه اي كه توسط اين سيستم ها مقاوم سازي مي شوند عبارتند از تيرها، دالها، ستونها، ديوارها، اتصالات و سازه هايي همانند كوره ها، دوكش ها، طاقها، گنبدها، تونلها، سيلوها و خرپاها.

ویژگی اصلی  FRP، مقاومت در برابر خوردگی و همچنین مقاومت مکانیکی زیاد نسبت به وزن کم آن مي باشد. مقاومت بالاي آنها در عين حال كه وزن كمي دارند سبب مي گردد كه جابجايي و حمل و نقل آنها راحت تر بوده و هزينه استفاده از آنها كاهش يابد. همچنين مقاوم بودن آنها در برابر خوردگي سبب دوام و پايا بودن عملكرد آنها مي گردد.

صفحات FRP حداقل دو برابر مقاومت صفحات فولادي را دارا هستند كه اين مقدار مي تواند تا 10 برابر مقاومت صفحات فولادي نيز افزايش يابد در حاليكه وزن آنها فقط 20 % وزن فولاد است.

الیاف کربن ABA WRAP با وزن های مختلف و ویژگی های متفاوت در کنار چسب کامپوزیت الیافی ABABOND FRP در چنین شرایطی مورد استفاده قرار میگیرند. چسب یا رزین اتصال به عنوان یکی از ارکان اصلی در فرآیند FRP محسوب می شود. FRPABABOND چسب دو جزیی بدون حلال بر پایه رزین اپوکسی و هاردنر پلی آمین اصلاح شده میباشد که برای اتصال انواع الیاف مقاوم سازی به زیرآیند بتنی طراحی شده است. این ماده با دارا بودن گریدهای مختلف برای اقلیم ها و دمای های مختلف محیطی طراحی گردیده است.

تقويت ديوارهاي آجري بدون اعضاي بتني يا فولادي محيطي

شکست برشی در دیوارهایی که نسبت ارتفاع به طول زیادی دارند بیشتر رخ میدهد  و تركهاي قطري در این مقاطع ظاهر مي شوند.  مود شکست در چنین شرایطی به صورت ترد رخ خواهد داد.

براي جبران ضعف برشي ديوار، صفحات FRP  در راستاي طول ديوار و به صورت افقي در دو وجه ديوار نصب مي گردد. FRP بدین شکل عمل میکند كه پس از ايجاد ترك هاي برشي در ديوار، در همان نقطه در الیاف FRP کرنش افزایش می یابد و نيروها به FRP منتقل مي گردد. تحقیقات و نتایج نشان داده است که با تقویت برشی مقاطع دیوار به وسیله صفحات FRP شکل پذیری و مقاومت دیوار نیز افزون میگردد.

براي جبران ضعف خمشي ديوار، صفحات FRP در راستاي ارتفاع و به صورت قائم در دو طرف نصب مي گردد.

هنگامی که الیاف به صورت عمودی بر روی دیوار به منظور افزایش مقاومت خمشی استفاده میگردد، ضروری است كه قسمت نهایی آن در پاي ديوار به صورت صحیح مهار گردد تا نيروهاي انتقالی به FRP به تكيه گاه پاي ديوار انتقال يابد. براي مهار انتهاي صفحات خمشي مي توان از مقطع نبشي فولادي در مجاورت تكيه گاه ديوار كه بر آن پيچ مي گردد و يا از صفحه برشي  FRP عمود بر لایه FRP خمشي در انتهاي لايه استفاده نمود.

بیشترین حالت شکل پذیری و مقاومت در مقاطع دیواری زمانی اتفاق خواهد افتاد که صفحات FRP به صورت افقی و عمودی بر روی سطح اجرا گردد. در اين سيستم اجرای الياف به صورت افقي مهار كننده الياف خمشي مي باشند.

تقويت ديوارهاي آجري با اعضاي بتني يا فولادي محيطي

رفتار این نوع از دیوارها کاملا متفاوت از رفتارهای دیوارها بدون عناصر محیطی می باشد  و در هنگام اعمال بارهاي جانبي بين آنها و عناصر احاطه كننده شان اندركنش بوجود مي آيد و راستاي تنشهاي كششي از حالت افقي به حالت قطري عوض میگردد.

رفتار دیوار هنگامی که بارهای جانبی در امتداد عمود بر صفحه دیوار باشد شبیه به دال تخت می باشد و ترک هایی بر اثر لنگرهای خمشی ایجاد میگردد.

زمانی که دیوار مصالح بنایی توسط عضو بتنی یا فولادی محصور شده باشد قطرهای دیوار نیاز به تقویت دارد هنگامی که دیوار توسط اعضاي بتني يا فولادي احاطه شده است به دلیل ایجاد شکست در این نقطه قطرهاي ديوار احتياج به تقويت دارد به همین علت در چنین شرایطی قطرهای دیوار با صفحات FRP به صورت ضربدری مقاوم سازی می شود.