مقاوم سازی سازه های بتنی

 خطاهای حین طراحی و یا ساخت، تغییر کاربری سازه و از دست رفتن بخشی از ظرفیت سازه به علت خوردگی میلگردهای فولادی  از جمله دلایل نیاز به مقاوم سازی، ترمیم، تقویت و بهسازی سازه های بتن آرمه است.  یافتن راه حل مناسبی جهت مقاوم سازی سازه های بتنی و ارتقای ظرفیت باربری چنین سازه‌ هایی همواره دغدغه‌ طراحان و مجریان سازه‌ها بوده است.  

گونه‌های مختلف خسارت در ساختمان های بتنی به شرح زیر می‌باشد:

• ضعف های سازه های بتنی
• ایجاد ترک های مورب در هسته بتن
• ورقه ورقه شدگی هسته مرکزی بتن دراکثر ترکهای مورب رفت و برگشتی ناشی از زلزله
• جدا شدگی پوشش بتن
• کنده شدن تنگها و خاموتها و خارج شدن از محلهای خود
• شکست برشی المان‌های کوتاه یا اعضایی که به اطراف متصل شده اند و طول موثر آزاد آنها کم است.
• پدیده کمانش در آرماتورهای طولی
• خارج شدن میلگردها از محل‌های اولیه و در رفتن به نواحی تنش های متناوب زیاد
• گسیخته شدگی دال ها بتن آرمه در کناره های غیرممتد
• ترک های مورب در دیوار برشی، بخصوصبه صورت متمرکز در اطراف بازشوها
• ایجاد ترک برشی در محل گره ها و محل اتصال تیر ستون

ارزیابی و انتخاب مصالح تعمیری موجود، مرحله دشواری در تعمیر بتن و بازسازی بتن است پیدایش مصالح تعمیری و تقویتی جدید در سال‌های اخیر، باعث توسعه روشهای مختلف مقاوم سازی سازه های بتنی شده است.

یکی از ایده های ابتدایی و تکنیک‌های مرسوم بهسازی و مقاوم سازی سازه های بتنی و تقویت سازه‌ها، شکافتن پوشش بتنی عضو سازه ای و قرار دادن میلگردهای فولادی اضافی در المان و سپس پوشاندن آن قسمت به وسیله‌ چسب‌ها و رزین های پر مقاومت است. با وجود اینکه این روش ظرفیت سازه را  بهبود می‌بخشد اما مشکل خوردگی میلگردهای فولادیرا بی پاسخ می‌گذارد؛ تکنیک دیگری که برای تقویت سازه های بتنی مورد استفاده قرار می‌گیرد، بکارگیری ورق های فولادی یا تکنیک ژاکت فولادی است که در آن ورقهای فولادی از بیرون به اجزاء بتنی چسبانده می‌شود. روش اتصال ورق فولادی، روشی ساده و اقتصادی است؛ اما از جهات زیر مسئله‌ ساز است:

• وزن بالای ورق های فولادی و مشکلات ساخت این اجزاء
• دسترسی سخت به اجزاء و نیاز داشتن داربست
• ضعف ایجاد شده در چسبندگی بین فولاد و بتن که ناشی از خوردگی فولاد می‌باشد
• داشتن محدودیت طولی در انتقال ورقهای فولادی به کارگاه با توجه به این نکته که در پروژه های مقاوم سازی سازه های بتنی، طولهای تیر عموماً بلند می‌باشند.

روش سنتی دیگر در مقاوم ‌سازی سازه های بتنی، استفاده از ژاکت های بتنی یا پوشش‌هایی از نوع بتن‌آرمه، است. استفاده از این روش سبب افزایش سختی و شکل ‌پذیری و در مجموع تقویت سازه های بتنی می‌شود؛ از جمله ضعف های این روش افزایش ابعاد مقاطع و بار مرده سازه بتنی است. همچنین استفاده از این روش  نیازمند تخلیه ساختمان و تخریبهای زیاد سازه بتنی است و باعث افزایش نامطلوب سختی اعضای بتنی می‌گردد.

بنابراین در امر مقاوم سازی سازه های بتنی نیاز به مصالحی احساس می‌شود که علاوه بر افزایش مناسب ظرفیت سازه بتواند در مقابل شرایط محیطی نامساعد نیز دوام خوبی را برای بتن از خود نشان دهد.  مصالح کامپوزیتی FRP، کاربردهای فراوانی را برای مقاوم ‌سازی سازه های بتنی به ‌خود اختصاص داده است. FRP ماده کامپوزیتی با مقاومت کششی بالا، وزن کم و دوام مناسب است که با رزین آغشته می‌گردد و در برابر نیروی زلزله مقاومت ایجاد می کند.مقاوم سازی بدون بر هم زدن عملکرد عادی فضا از جمله فواید استفاده از FRP است، به همین دلیل این مصالح مورد توجه معماران به ویژه در ترمیم سازه های بتنی و بهسازی و تقویت سازه ها و  بناهای قدیمی قرار گرفته است. جداشدگی زودرس عامل تقویت کننده و آسیب‌پذیری سازه بتنی در مقابل شرایط نامساعد محیطی نظیر تغییرات شدید دمایی، ضربه، آتش‌سوزی و خرابکاری از جمله نقاط ضعف این روش است.

مقاوم ‌سازی با مصالح FRP

الیاف FRP را می‌توان جایگزین ورق های فولادی کرد. مصالح FRP  برخلاف فولاد، زوال الکتروشیمیایی نداشته و در مقابل خوردگی ناشی از اسیدها، بازها و نمک‌ها در دماهای مختلف مقاومت بالایی دارند. این مزیت سبب کاهش هزینه در نصب پوشش های حفاظت از خوردگی ‌باشد. همچنین آماده سازی سطوح بتن قبل از نصب مصالح و ورقه های FRP، سهل‌تر از ورق‌های فولادی است.

از الیاف FRP به منظور افزایش ماکزیمم بازدهی و کارایی می‌توان در شکل های مشخص و در نسبت ها و جهات مختلف درون رزین استفاده کرد. سیستم‌های FRP بسیار سبکتر از صفحات فولادی بوده و در عوض مقاومت و سختی بالایی در جهت الیاف دارند. وزن سبک FRP سبب می شود حمل و نقل آنها راحت تر بوده و به داربست کمتری جهت اجرای آن نیاز باشد. سیستم‌های FRP در محل‌هایی که دسترسی محدودی دارند، بسیار گزینه کاربردی می‌باشند و پس از نصب، بار اضافی به سازه بتنی تقویت شده تحمیل نمی‌کنند.

الیاف FRP را می‌توان دور ستون های بتنی به منظور افزایش ظرفیت و شکل ‌پذیری پیچاند؛ این امر سبب تغییر در سختی نمی‌شود. در استفاده از مصالح FRP باید دقت شود که درجه مقاوم‌ سازی یا نسبت مقاومت المان مقاوم سازی شده بتنی به مقاومت عضو مقاوم سازی نشده محدود گردد تا تعادل سازه بتنی در حوادثی مانند حریق و آتش ‌سوزی و نیز دستکاری و خرابکاری عضو مقاوم سازی شده، حفظ گردد.

مدفون ساختن عامل تقویت کننده در پوشش عضو بتنی در تکنیک نصب در نزدیک سطح (NSM)، در زمینه‌ برطرف کردن این مشکلات توفیق بیش‌تری دارد. هم چنین در روش NSM می‌توان از نوارها، آرماتورهای FRP و نیز میله های دست ساز MM FRP به عنوان عامل تقویت سازه های بتنی استفاده نمود. میله هایMM FRP از پیچاندن ورقه های FRP حول یک هسته‌ تولید می‌شوند. مزیت کلیدی این نوع میله‌ها امکان تعبیه‌ سیستم مهاری بر روی آن‌ها می‌باشد که عملکرد پیوستگی آن‌ها را بهبود می‌بخشد و در رفتارکلی تقویت سازه های بتنی تاثیر می‌گذارد.