مقاوم سازی تیر بتنی

 خرابی در تیرهای بتن مسلح به دلیل شکست خمشی، برشی و تهاجم یون های شیمیایی باشد. ترجیح آن است که در تیر شکست خمشی رخ دهد؛ زیرا رفتار شکل‌پذیرتری از خود نشان می‌دهد و امکان پخش مجدد تنش را فراهم می‌آورد و به کاربران و حاضران در محل نیز فرصت بیشتری برای پی بردن به وضعیت بحرانی تیر می‌دهد.   در شکل 1 خرابی تیرها در اثر تهاجم یون‌های شیمیایی و تأثیر نیروهای لرزه ای نشان داده شده است.

از جمله راهکارهای مقاوم سازی تیر بتنی مسلح می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

1. ژاکت بتن مسلح
2.  تقویت تیر بتنی با روکش فولادی
3. استفاده از نبشی و رکابی
4. افزایش مقاومت موضعی تیرهای ذارای سوراخ
5. اعمال سیستم مهاربندی در انتهای لایه FRP
6. اعمال سیستم پیش تنیدگی در لایه FRP 
7.  استفاده از پیش‌تنیدگی خارجی در تیر بتنی
8. در ادامه چند راهکار مقاوم سازی تیر بتنی مورد بررسی قرار می گیرد.

1.استفاده از ژاکت بتن مسلح

استفاده از ژاکت بتنی در سه و یا چهار وجه تیر به منظور مقاوم سازی و افزایش مقاومت آن رایج است. با این روش می‌توان ناحیه کششی و فشاری تیر را با ژاکت بتنی تقویت کرد. اجرای ژاکت بتنی تیر در هر چهار وجه تیر موثرترین روش برای مقاوم سازی تیر بتنی است.

شکل 2- اجرای ژاکت بتنی تیر برای افزایش مقاومت تیرهای بتنی

موفقیت این روش مستلزم مهار مناسب خاموتها از ضلع‌های  بالایی روکش است. بـه دلیل آنکه استفاده از قالب و ریختن بتن از بالای تیر امکان‌پذیرنیست تنها راه ممکن استفاده از بتن پاشی است. نمونه ای از روکش بتنی در سه وجه تیر در اشکال 3 نشان داده شده است.

اشکال 3-  استفاده از ژاکت بتنی تیر در مقاوم سازی تیرها

2.استفاده از روکش فولادی

برای تقویت خمشی تیر بتنی می‌توان ورق‌هایی به ضخامت کم را با رزین اپوکسی به وجه کششی تیر چسباند. چسباندن ورق به وجه قائم تیرها در نزدیکی تکیه‌گاه ها موجب افزایش ظرفیت برشی و چسباندن ورق به بال تحتانی موجب افزایش ظرفیت خمشی تیرمی‌گردد (شکل 4). 

3. افزایش مقاومت موضعی تیرهای دارای سوراخ

یکی دیگر از کاربردهای FRP  افزایش مقاومت موضعی تیرهای دارای سوراخ  (معمولا تأسیساتی) می‌باشد. در این روش می‌توان اطراف سوراخ‌ها را بطور موضعی با FRP تقویت کرد. (اشکال 6)

اشکال6- فزایش مقاومت موضعی تیرهای دارای سوراخ

4. اعمال سیستم مهاربندی در انتهای لایه FRP  

سیستم مهاربندی اصولاً به این جهت مورد استفاده قرار می‌گیرد که بتوان از ظرفیت باربری سیستم FRP  نهایت استفاده را برد. گسیختگی های ناشی از جداشدگی لایه‌هایFRP عموماً در اثر نبود چنین سیستمی می‌باشد.

با توجه به اینکه معمولاً، ناحیه فوقانی تیرهای موجود به دلیل وجود دال، قابل دستیابی نیستند، از نوارهایی که فقط سطوح پایینی و جانبی تیر را می‌پوشانند استفاده می‌گردد. از سایر روشها نیز می‌توان به استفاده از آرماتورهای مخصوص در انتهای لایهFRP  نام برد. در این روش سوراخ شدن لایه FRP اثر نامطلوبی بر عملکرد آن خواهد داشت و باعث ایجاد تمرکز تنش در FRP  می‌گردد. 

شکل 7- تقویت خمشی تیر بتنی با اعمال مهاربندی

5. اعمال سیستم پیش‌تنیدگی در لایه FRP 

این روش تقریباً مشابه روش مهاربندی در انتهای لایه FRP  است، زیرا در این روش برای ایجاد پیشتنیدگی تعبیه سیستم مهاری لازم است. تنها فرق این روش، اعمال نیروی پیش‌تنیدگی قبل از نصب کامل و عمل آوری لایه FRP می‌باشد. مزیت اصلی این روش سهیم شدن لایه های FRP در باربری است.  بطور کلی پیش تنیدگی در FRP دارای مزیت‌هایی از قبیل:

ـ افزایش سختی

ـ کاهش عرض و توزیع ترک ـ بهبود خدمت‌پذیری و دوام

ـ تقویت برشی تیر بتنی و تقویت خمشی تیر بتنی (بدلیل ترک نخوردن مقطع)

ـ اجتناب از مودهای شکست ناشی از پوسته پوسته شدن در ناحیه ترکها و انتهای لایه FRP ـ افزایش ظرفیت مقطع (تار خنثی نسبت به حالت غیر پیش‌تنیده پایین‌تر قرار می‌گیرد) ـ افزایش بار تسلیم مقطع می‌باشد.

شکل 9- منحنی رفتار تیرهای  تقویت شده و نشده تحت بارگذاری خمشی