بررسی اثرات FRP روی رفتار ستون بتن آرمه

بررسی اثرات FRP روی رفتار ستون بتن آرمه

ساختمان‌های بتن آرمه به دلیل ویژگی‌هایی همچون ارزانی و سهولت اجرا همواره نظر سازندگان را برای به‌کارگیری آن در ساخت‌و‌ساز جلب کرده است. در سال‌های اخیر بهسازی و تقویت ساختمان‌های موجود از موضوعات اصلی صنعت ساختمان و همچنین تحقیقات دانشگاهی به شمار رفته است. هدف از بهسازی می‌تواند افزایش مقاومت، شکل‌پذیری و یا کاهش اثرات حرارت بر روی المان باشد. مقاوم‌سازی اعضای بتنی با مصالح کامپوزیتی FRP روش نسبتاً جدیدی به شمار می‌رود. مصالح FRP  خواص فیزیکی مناسبی دارند که می‌توان به مقاومت کششی بالا و ضخامت و وزن کم آن‌ها اشاره کرد. در ستون‌های بتنی استفاده از FRP ضمن افزایش ظرفیت برشی ستون، مد گسیختگی آن را از حالت برشی به خمشی تغییر داده و شکل‌پذیری را به میزان قابل‌توجهی افزایش می‌دهد. دور پیچی اعضای فشاری با الیاف FRP باعث افزایش مقاومت فشاری آن‌ها نیز می‌شود. این امر هم‌چنین باعث افزایش شکل‌پذیری اعضا تحت ترکیب نیروهای محوری و خمشی می‌شود. در این مقاله می‌خواهیم اثرات FRP را بر روی رفتار ستون بتن آرمه بررسی کنیم. موارد بررسی شده نشان می‌دهد که استفاده از FRP تأثیر به سزایی در مقاومت و همچنین شکل‌پذیری دارد.

حالت‌های شکست یک ستون بتن‌آرمه

به طور کل دو حالت برای شکست ستون بتن آرمه در حالت حد نهایی باربری در نظر گرفته شده است:

شکست فشاری ستون

در این حالت ستون با خرد شدن بتن شروع به شکست می‌کند و سپس با افزایش فشار، فولادهای مقطع نیز تسلیم  می‌شوند و در نهایت شکست کامل می‌گردد.

شکست کششی ستون

در این وضعیت نیز شکست مقطع ستون با تسلیم قسمتی از فولادهای مقطع در کشش در یک طرف مقطع آغاز شده و سرانجام با خرد شدن بتن در وجه دیگر ستون تکمیل می‌شود.

وقوع هریک از حالت شکست به نسبت لنگر خمشی به بار محوری وارد بر ستون بستگی دارد؛ به طوری که در یک ستون با فولادگذاری متفاوت و در یک محدوده‌ی وسیع تغییر خروج از مرکزیت از e=0  تا e=∞ ، شکست مقطع به طور تدریجی از شکست فشاری تا شکست کششی تغییر خواهد کرد. حالت‌های مختلف شکست ستون در ادامه بحث شده است.

الف) بارمحوری خالص

در این حالت فرض می‌گردد بار محوری بدون کوچک‌ترین خروج از مرکزیتی بر ستون اعمال ‌گردد. این امر سبب می‌شود که لنگر خمشی بسیار ناچیز شود و همه‌ی نقاط مقطع همزمان به  برسد. در این حالت فولادهای مقطع نیز به تنش تسلیم می‌رسند.

ب) لنگر خمشی خالص

این وضعیت درست بر خلاف وضعیت قبلی است. در این حالت مقدار خروج از مرکزیت بی‌نهایت در نظر گرفته می‌شود و عملاً کل مقطع به کشش در می‌آید. گسیختگی در این حالت کاملاً کششی است.

ج) حالت بالانس

در این حالت ترکیب بار محوری و لنگر خمشی به گونه‌ای است که قسمتی از مقطع تحت کشش قرار گرفته است و درست در همان لحظه‌ای که بتن در قسمت فشاری به کرنش نهایی 0.003می‌رسد، فولادهای کششی نیز به کرنش تسلیم می‌رسند. این حالت یک حالت مرزی بین شکست فشاری و شکست کششی محسوب می‌شود.

شکل 1 : منحنی اندرکنش بار محوری و لنگر خمشی در ستون

اما در حالت‌های مابین موارد ذکر شده رفتار المان بستگی به خروج از مرکزیت بار محوری دارد. اگر در حالتی خروج از مرکزیت کمتر از eb  بود ما با گسیختگی فشاری مواجهیم حال اگرچه مقدار خروج از مرکزیت از مقدار بالانس بیشتر باشد شکست کششی را شاهد خواهیم بود.

  اثرات FRP روی رفتار ستون بتن آرمه

سیستم پوشش FRP می‌تواند به منظور افزایش مقاومت اعضای فشاری به وسیله محصورسازی استفاده شود. محصورسازی یک عضو بتنی به گونه‌ای صورت می‌گیرد که الیاف به صورت عرضی در راستای طولی ستون قرار گرفته‌ باشند. در این صورت الیاف عرضی به مانند خاموت‌های عرضی کار خواهند کرد. پوشش FRP محوریت غیر‌فعال برای عضو فشاری فراهم خواهد کرد به صورتی که لایه‌های FRP تا لحظه شروع ترک‌ها در عضو بدون تنش باقی می‌مانند. در حقیقت FRP در این وضعیت با محصور سازی جلوگیری از ترک بردن بتن کرده و شکل‌پذیری را تا حد زیادی بالا می‌برد. این افزایش شکل‌پذیری همچنین با افزایش مقاومت حد نهایی همراه است. با محصورسازی توسط FRP رفتار ستون به مانند منحنی C یا D خواهد شد.

شکل 2 : منحنی رفتاری المان در حالت محصور و غیر محصور

پسیکی و همکاران بر روی 8 نمونه از ستون، اثرات نوع و مقدار FRP و همچنین شکل ستون را بر روی مقاومت محوری و منحنی های تنش کرنش بررسی کردند. در این آزمایش از 4 ستون دایره شکل و 4 ستون مستطیل شکل با نوع و مقدار FRP متفاوت استفاده گردید.

شکل 3 : نمونه‌های مورد آزمایش قرار گرفته در آزمایش مورد بررسی پسیکی

 در انتها نتایج زیر به دست آمد:

• ستون‌های دایره‌ای شکل رفتار بهتری نسبت به ستون مستطیل شکل در شکل‌پذیری دارند. این وضعیت برای هر دو حالت تقویت شده و تقویت نشده صدق می‌کند. پوشش FRP در مقاطع دایره به منظور محصور‌سازی عضو بتنی به صورت موثرتری عمل می‌کند. سیستم FRP وقتی به صورت عرضی نسبت به راستای طولی عضو قرار می‌گیرد یک فشار محصوریت پیرامونی یکنواخت در راستای شعاع عضو فراهم می‌نماید.
• رفتار ستون‌ها در حالت تقویت شده بستگی به مقدار FRP دارد این در حالت‌های C2 تا C4 در منحنی‌های زیر به خوبی دیده می‌شود.

شکل 4: منحنی تنش-کرنش نمونه های آزمایشی

• برای محدود کردن انبساط حجمی المان بتن آرمه باید ژاکت FRP از سختی کافی برخوردار باشد تا شکل‌پذیری مناسب به المان اعمال گردد و منحنی رفتاری به حالت محصور شده برسد.
• کرنش گسیختگی ژاکتی که در آزمایش به کار رفته بود کمتر از کرنش گسیختگی آن نمونه در تست کوپان کششی است.

اثرات FRP بر روی رفتار هیسترزیس

همانطور که در قسمت‌های قبل اشاره شد، FRP با محصور‌سازی مانع از گسترش رشد ترک در المان می‌گردد و همین امر باعث می‌شود که شکل‌پذیری المان افزایش یابد. علاوه بر این به دلیل جلوگیری از رشد ترک، المان رفتار بهتری در بارگذاری دینامیک پیدا می‌کند. پینچینگ یکی از عامل‌هایی است که به دلیل ترک در مدل رفتاری دینامیکی المان ایجاد می‌گردد. در این وضعیت  قسمتی از لنگر به جای افزایش انرژی در المان برای بستن ترک‌ها به کار می‌رود. در آزمایش‌های انجام شده توسط پانتلیدز و همکاران  بر روی دو نمونه اتصال تیر به ستون که در یک حالت بدون ژاکت FRP است و در حالت دوم با ژاکت FRP تقویت شده است.

شکل 5 : محل قرارگیری FRP بر روی المان

هر دو نمونه تحت بارگذاری سیکلیک قرار داده شد و در نهایت افزایش شکل‌پذیری، مقاومت و همچنین جذب انرژی در نمونه‌ها مشاهده گردید.

شکل 6 : نمودار بار به تغییر مکان جانبی در حالت تقویت شده و غیر تقویت شده

از FRP فقط برای تقویت المان‌های ساختمانی استفاده نمی‌شود بلکه در بقیه سازه‌ها نیز کاربرد دارد. از سایر کاربردها FRP می‌توان به تقویت پایه پل‌ها در مقابل بار لرزه ای نام برد. شلیک و برنا ستون‌های پایه یک پل را در مقیاس کوچک شبیه‌سازی کرده بوند و بر روی آن بارگذاری سیکلیک اعمال کردند. نتایج بدست آمده به مانند آزمایش پانتلیدز بوده است.

نتیجه‌گیری

ژاکت‌های FRP با ایجاد محصورسازی توانستند شکل‌پذیری مناسبی در المان ایجاد کنند همچنین با افزایش شکل‌پذیری مقاومت المان نیز افزایش پیدا کرده است. علاوه بر موارد فوق ژاکت‌ها با جلوگیری از رشد ترک در رفتار دینامیک منجر به بهبودی در جذب انرژی شده‌اند.

استفاده از میراگر لرزه‌ای در سازه

استفاده از میراگر لرزه‌ای در سازه

میراگر لرزه‌ای

با توجه به زلزله‌های اخیر کشور و غیر مقاوم بودن بخش وسیعی از ساختمان‌های موجود در کشور و با توجه به اهمیت زیاد و مسئله مقاوم‌سازی ساختمان‌ها در مقابل نیروهای لرزه‌ای و طراحی بهینه ساختمان‌ها در مقابل زلزله، بحث جدیدی که در سال‌های اخیر میان دانشمندان علوم ژئو تکنیک و مهندسین طراح سازه‌ها مطرح شده است طراحی نوع جدیدی از ساختمان‌ها است که شامل یک سیستم مهاربند لرزه‌ای باشند که فقط در مقابل ارتعاشات مختلف ناشی از زلزله عمل نموده و در تحمل بارهای استاتیکی هیچ نقشی نداشته باشند. در این روش‌ها ممانعت از لرزش ساختمان‌ها در هنگام زلزله در رأس کار قرار داشت. سیستم‌هایی که ارائه شد، بر این پایه استوار بودند که سازه را در مقابل زلزله جداسازی کنند. با تعریف اعضا جدیدی در سازه با نام میراگر لرزه‌ای (Damper) که عامل اتلاف انرژی لرزه‌ای وارد به ساختمان هستند و به کار بستن آن‌ها در ساختمان‌ها می‌توانیم یک ساختمان بهینه‌سازی شده داشته باشیم که در مقابل انواع بارهای دینامیکی ناشی از زلزله رفتاری مناسب و مطلوب از خود ارائه می‌دهد . هدف اصلی در این روش‌ها جلوگیری از انتقال مستقیم نیروی زلزله از پی به سازه می‌باشد.

در این روش چون نیروی زلزله به سازه وارد نمی‌شود و یا سهم اندکی از آن به سازه منتقل می‌شود نتایج زیر را می‌توان انتظار داشت :

• تغییر مکان طبقات و تغییر مکان‌های نسبی طبقات (drift) کاهش.
• کاهش قابل‌ ملاحظه‌ای در شتاب طبقات بوجود می‌آید.
• خسارات سازه‌ای و نیز خسارات غیر سازه‌ای به مقدار محسوس کاهش می‌یابد.
• از مشکلات معماری در طراحی ساختمان‌ها کاسته شود .
• هزینه اجرای سازه‌ها بدلیل استفاده از مقاطع با ظرفیت کمتر کاهش یابد .

با دانستن میرایی یک ماده نیز می‌توانیم به تحلیل دقیق‌تری از سیستم‌های متشکل از آن ماده دست بیابیم. با توجه به اینکه میرایی داخلی (که به جنس ماده بستگی دارد) در جامدات تحت تاثیر عوامل مختلفی نظیر تاثیرات حرارتی، پدیده خستگی و پدیده باوشینگر تغییر می‌کند برای اینکه بتوانی مصالح با میرایی معلوم داشته باشیم بایستی تأثیرات این عوامل را در مصالح مورد نظر به حداقل برسانیم. روش‌های مختلفی برای تولید مصالح دارای میرایی معلوم که اصطلاحاً میراگر نامیده می‌شوند، وجود دارد.

زمین‌لرزه‌های معمول اغلب دارای زمان تناوب‌هایی در محدوده‌ی 0.10 تا 1 ثانیه می‌باشند. سازه‌های با زمان تناوب 0 تا 1 ثانیه در مقابل این زمین‌لرزه‌ها آسیب‌پذیرتر هستند، چرا که ممکن است در آن‌ها پدیده تشدید رخ دهد. مهم‌ترین ویژگی جداسازی لرزه‌ای، ایجاد انعطاف‌پذیری است که باعث افزایش زمان تناوب طبیعی سازه می‌شود.

افزایش زمان تناوب طبیعی احتمال رخ داد پدیده‌ی تشدید را کاهش می‌دهد، و هم‌چنین باعث کاهش شتاب در سازه می‌شود و این امر روی جابه‌جایی‌های افقی نیز تأثیرگذار است.

افزایش زمان تناوب و آثار آن در مقادیر حداکثر جابه‌جایی در سازه‌ی جداسازی شده با میرایی کم ممکن است در زمین‌لرزه‌های قوی به حدود یک متر نیز برسد، و میرایی می‌تواند این مقدار را به حدود50  تا 400 میلی‌متر برساند. این مقدار جابه‌جایی باید به وسیله‌ی درز لرزه‌ای تأمین شود. پاسخ‌های حقیقی سازه به عوامل مختلفی نظیر توزیع جرم، پارامترهای جداسازی لرزه‌ای و … وابسته است.

انواع میراگر لرزه‌ای غیر فعال  Passive Dampers

• میراگر اصطکاکی Friction Damper
• میراگر ویسکو الاستیک Viscoelastic Damper
• میراگر ویسکوز Viscous Damper
• میراگر جرمی تنظیم شدهTuned Mass Damper
• میراگر مایع تنظیم شدهTuned Liquid Damper

این سیستم‌ها به طور کلی به گروه‌های وابسته به جابجایی، وابسته به سرعت و سایر موارد تقسیم می‌گردند. وسایل وابسته به جابه جایی باید شامل وسایلی باشند که رفتار سخت- پلاستیک )مانند وسایل اصطکاکی(یا رفتار دو خطی )مانند وسایل فلزی جاری شونده) داشته باشند. وسایل وابسته به سرعت شامل میراگرهای ویسکو الاستیک و ویسکوز می‌باشند. تجهیزات اتلاف انرژی که در این دو دسته قرار نمی‌گیرند جزء سایر محسوب می‌گردند. در این قسمت هر یک از میراگرهای فوق معرفی گشته و چگونگی کار کرد آن‌ها توضیح داده می‌شود.

میراگرهای وابسته به تغییر مکان به دو دسته میراگر تسلیمی و اصطکاکی تقسیم می‌شوند که با توجه به نصب و تعویض نسبتاً آسان ارزان و ساده سیستم‌های اصطکاکی، نسبت به سیستم‌های تسلیمی، دارای مزیت بیشتری هستند.

میراگرهای فلزی تسلیمی  (Metallic yield damper)

با دانستن ساختمان کریستالی فلزات مختلف می‌توانیم رفتار میرایی این فلزات را در شرایط بارگذاری تناوبی بررسی نموده و خواص میرایی مطلوب در محدوده قبل از نقطه تنش تسلیم (point yield) مشاهده کنیم .

می‌توانیم با فرم دادن یک قطعه فلز به حالتی که در بارگذاری دینامیکی سازه رفتار میرای از خود نشان دهد (عموماً به شکل مثلث متساوی الساقین) و قرار دادن آن در محل اتصال اعضاء سازه به یکدیگر از این خاصیت به نحو مطلوب در اتلاف و پراکنده سازی انرژی زلزله استفاده نماییم. همان‌طور که در تعریف میراگر گفته شد بایستی جنس و شکل و محل استفاده این دسته از میراگرها را طوری انتخاب کنیم که در طول عمر سازه، خواص میرایی آن‌ها تحت عوامل مختلف تأثیر گذارنده دچار اختلال نگردد. فلزی که برای ساخت اینگونه میراگرها به کار می‌رود، عموماً بایستی دارای رفتار مناسب تغییر هیسترزیس، دامنه خستگی بالا، استحکام نسبی بالا و عدم حساسیت زیاد نسبت به تغییرات درجه حرارت باشد. اصولاً میراگرهای فلزی ، با تکیه بر تغییر شکل‌های الاستیک فلز و میرایی ناشی از اتلاف انرژی به صورت اصطکاک داخلی کریستال‌ها می‌شود. به این منظور سیستم‌های جاذب انرژی متنوعی می‌تواند استفاده گردد. از شناخته شده ترین این سیستم‌ها  می‌توان میراگر فلزی جاری شونده Metallic Damper ، میراگرهای تسلیمی وسایل فلزی هستند که می‌توانند انرژی را در یک زلزله در اثرات تغییرات غیر الاستیک فلزات تلف کنند. این میراگرها در حقیقت در حالات خمشی ، پیچشی، محوری و یا برشی تسلیم می‌شوند.

این میراگر در زمره میراگرهای غیر فعال در سازه‌ها می‌باشد که افزاینده میرایی و سختی در سازه به شمار می‌رود و به اختصار ADAS ( Added Damping add Stiffness)  نامیده می‌شود.

این میراگر عموماً در زیر تیر طبقه و بر روی عضو تکیه‌گاهی مهاربند شونده قرار می‌گیرد. جابجایی نسبی طبقات باعث می‌شود قسمت بالای ADAS  نسبت به پایین آن یک حرکت نسبی داشته باشد و این تغییر نسبی باعث انحنای مضاعف در صفحات فولادی خواهد شد. میراگرهای تسلیمی باعث تمرکز خرابی در یک نقطه از سازه می‌شوند که بعد زلزله به راحتی قابل تعویض است.

 

از خاصیت جاری شدن فلزات در روش‌های مختلفی جهت افزایش کارایی سازه در مقابل نیروهای دینامیکی وارده به سازه استفاده شده است. میراگرهای فلزی معمولاً از جنس فولاد ساخته می‌شوند و طراحی آن‌ها طوری صورت می‌گیرد که بر اثر ارتعاش سازه، این میراگرها دچار تغییر شکل شده و انرژی را تلف می‌نمایند.

از مزایای این میراگرها می‌توان افزایش کارایی سازه در مقابل زلزله به سبب تمرکز خرابی به نقطه مشخصی از سازه اشاره کرد و اینکه بعد از زلزله به راحتی تعویض می‌شود. از معایب این وسیله می‌توان به تغییر شکل دائمی بعد زلزله اشاره کرد .

از انواع دیگر میراگرهای تسلیم شونده ، میراگر سربی تزریقی،(LED)  می‌باشد. این میراگر از یک سیلندر دو محفظه‌ای پیستون و سرب داخل پیستون تشکیل شده است که با حرکت پیستون به هنگام زلزله سرب از محفظه بزرگتر به محفظه کوچکتر حرکت میکند که با تغییرشکل خمیری، انرژی جنبشی بصورت حرارتی تلف می‌شود.

میراگرهای آلیاژی (SMA)

آلیاژهای تغییر شکل ماندگار نوعی از آلیاژهای فلزی با خواص فوق الاستیک هستند که می‌توانند کرنش‌های بیش از 10% را تحمل کنند و هیچ تغییر شکل ماندگاری بعد از باربرداری نداشته باشند .
وسایلSMA   شامل سیم‌ها و میله‌هایی می‌شوند که در قطرها و حالت تنش در طی حالت و عمر وسیله متفاوت هستند. سیم‌ها معمولاً قطر تا حدود 2 میلی‌متر برای بار محوری ساخته می‌شوند، اما قطر میله‌ها تا 8 میلی‌متر هم می‌رسد که برای خمش، برش و پیچش مناسب هستند. میله‌های مخصوص تا قطر 50 میلی‌متر ساخته شده است. میراگر SMA  ممکن است برای کاربردهای لرزه‌ای مخصوصاً بهسازی سازه‌های فولادی، مرکب و قاب‌های بتنی استفاده شوند. بادبندها با میله‌های فلز ترد برای کم کردن اثرات لرزشی بسیار موثر هستند. از دیگر کاربردهای میراگرSMA   می‌توان به استفاده از آن‌ها در پل‌های چنددهانه اشاره کرد که آن‌ها راه‌حل موثری را نسبت به سیستم‌های موجود فراهم می‌کنند زیرا نتایج نشان داد کهSMA   ها پاسخ‌های تغییر مکان فواصل را کاهش دادند و بسیار موثرتر از سیستم‌های کابلی مهاری موجود بودند. اما این میراگرها هنوز عمومیت پیدا نکرده است و روابط آن نسبتاً پیچیده است.

میراگرهای آلیاژ SMA از فلزاتی ساخته می‌شوند که دو خاصیت زیر را دارا باشند :

1- انعطاف‌پذیری آن‌ها مشابه با انعطاف‌پذیری قطعه لاستیکی باشد.

2-  پس از اعمال تغییرشکل‌های زیاد در آن‌ها، در اثر حرارت به حالت اولیه خود باز گردند.

آلیاژ نیکل و تیتانیوم ضمن دارا بودن این خواص از مقاومت خوبی در برابر خوردگی نیز برخوردار است. هرچند تحقیق در مورد استفاده از این آلیاژها به عنوان میراگر بیشتر شده است، اما این میراگرها به دلیل داشتن هزینه‌های ساخت بالا خیلی جنبه اجرایی زیادی به خود نگرفته‌اند و بیشتر حالت تحقیقاتی دارند.

میراگرهای اصطکاکی

خواص میرایی یک ماده، همان‌طور که گفته شد جزئی از ذات ماده می‌باشد که با بوجود آمدن برخی شرایط و تحت تأثیر برخی از پدیده‌ها، دچار اختلال می‌شود. در صورتی که این اختلال برای سیستمی که میراگرهایی با خواص میرایی درونی در ان وجود دارند ایجاد شود، سیستم دچار اشکال می‌شود که این مسئله بزرگترین نقطه ضعف میراگرهای ویسکوالاستیک و متالیک می‌باشد.

میراگرهای اصطکاکی به صورت ساده متشکل از یک مکانیزم با سطوح لغزشی در محل تقاطع بادبندها می‌باشند. در این حالت اتلاف انرژی در اثر اصطکاک بین دو جسم جامد ایجاد می‌گردد.

اساس کار در این روش بر پایه استهلاک انرژی بوسیله لغزش و بالاتر بردن زمان تناوب ارتعاشی سیستم است.

این میراگر(میراگر پال) طوری طراحی می‌شود که در برابر بارهای سرویس معمولی و زلزله‌های متوسط نلغزد. یعنی اینکه از پیش وسیله را برای نیروی خاصی طراحی می‌کنند، که تا آن نیرو به وسیله وارد نشود، سازه به صورت ارتجاعی باقی بماند اما بعد از این نیروی خاص لغزش اتفاق می‌افتد و میراگر اصطکاکی انرژی زیادی را جذب می‌کند از طرفی پریود طبیعی سازه را تغییر می‌دهد. میزان انرژی مستهلک شده توسط این میراگر اصطکاکی برابر حاصل‌ضرب بار لغزش در میزان جابجایی تمامی میراگرها است.

• ازمهم‌ترین زمینه‌هایی که میتوان در مورد این میراگرها نگرانی داشت مقاومت آن‌ها در برابر آتش‌سوزی می‌باشد.
• عیب مهم دیگر این سیستم‌های میراگر بوجود آمدن نیروهای پیش‌بینی‌نشده و تصادفی‌ای در اعضای سازه‌ای نظیر ستون و مهاربندها می‌باشد و چون میزان جذب نیروی زلزله در زلزله‌های با قدرت‌های مختلف در میراگرهای اصطکاکی متفاوت می‌باشد در نتیجه نیروی ایجاد شده در ستون‌های پیرامونی میراگرهای اصطکاکی متفاوت و متغیر می‌باشد.
• میراگرهای اصطکاکی اغلب در معرض هوا هستند و ممکن است زنگ بزند یا خیس شود و خواص لغزش آن‌ها تغییر می‌کند. حرارت محیط نیز باید در نظر گرفته شود.

 

میراگر ویسکو الاستیک

این‌گونه میراگرها از نظر عاملیت میرایی دقیقاً مانند میراگرهای فلزی عمل می‌کنند با این تفاوت که به دلیل ساختمان کوپولیمری یا کریستالی خود و خواص ایزوتروپیکی که دارند در بارگذاری‌های مختلف، از طریق تغییر شکل‌های برشی باعث اتلاف انرژی می‌شوند. اینگونه میراگرها را عموماً طوری در سیستم نصب می‌کنند که تنش‌های وارد به آن‌ها نوع برشی باشد تا خاصیت میرایی خود را نشان بدهند .

کاربرد عمومی این‌گونه میراگرها در سازه پل‌های بلند می‌باشد. این میراگرها باعث جلوگیری از ایجاد پدیده مخرب تشدید در ساختمان پل شده و مانع از تخریب پل در اثر بارهای باد می‌شود .

این‌گونه میراگرها و اکثر میراگرهای دیگر به دلیل تأثیرگذاری عوامل مختلف روی میزان میرایی از تاریخ مصرف برخوردارند و در پایان تاریخ مصرفشان بایستی تعویض شوند. ممکن است در طول عمر یک سازه، چندین بار تعویض میراگرها صورت گیرد که بزرگترین نقطه ضعف اینگونه میراگرها همین امر می‌باشد.

• این میراگر مانند اکثر میراگرها به دلیل تأثیر عوامل مختلف روی میراییآن‌ها از تاریخ مصرف برخوردارند و در پایان تاریخ مصرفشان باید تعویض گردند و ممکن است در طول عمر یک سازه چندین بار این میراگرها تعویض شوند که این بزرگترین ایراد این میراگرها می‌باشد.
• از جمله معایب دیگر این نوع میراگر نبود مدل‌های تحلیلی قابل اعتمادی است که بتوان با استفاده از آن میزان میرایی معادل میراگر را پیش‌بینی نمود.

مزایا و معایب میراگرهای ویسکوالاستیک

مزیت اصلی استفاده از میراگرهای ویسکو الاستیک این است که اگر این میراگرها به صورت صحیح در سازه قرار داده شود نیاز به جایگزینی نخواهد داشت. به دلیل اینکه تغییر شکل صفحات لاستیکی، ماندگار نیست.

دو عیب بزرگ برای میراگرهای ویسکو الاستیک وجود دارد. اول اینکه مدل کردن آن‌ها پیچیده است. میراگرهای ویسکو الاستیک از موادی به نام همسپار(Copolymer) تشکیل شده‌اند. مواد همسپار خواص سختی و میرایی خاصی دارند که با دما محیط، فرکانس تحریک، تغییرات حرارت موضعی و سطوح کرنش برش تغییر می‌کند. دومین عیب این میراگر ناپایداری آن است که به خاطر خاصیت ذاتی پلیمر مخصوص میراگرهای ویسکو الاستیک است. اولین گام آزمایش میراگرهای ویسکو الاستیک معمولاً پیدا کردن این خواص است.

میراگرهای سیال لزج Viscous Fluid Damper)    VFD)

ایده این دسته از میراگرها نیز همان‌طور که ایده میراگرهای اصطکاکی از ترمز اتومبیل گرفته شده است از اتومبیل سرچشمه می‌گیرد. سیستم تعلیق اتومبیل از یک فنر و یک کمک فنر (میراگر) استفاده می‌کند که در تعامل با یکدیگر، ضربان وارده به اتومبیل از سوی زمین را جذب و انرژی استفاده می‌کند که در تعامل با یکدیگر، ضربات وارده به اتومبیل از سوی زمین را جذب و انرژی آن‌ها را اتلاف می‌کنند. اگر ستون‌های یک سازه را به عنوان فنر در نظر بگیریم، در واقع با ایجاد کمک فنر (میراگر) در کنار آن‌ها می‌توانیم انرژی وارده به سازه در اثر زلزله را اتلاف کنیم. در گذشته کاربردهای فراوانی از میراگرهای سیال لزج به منظور کنترل ارتعاشات ناشی از ضربه در سیستم‌های فضایی و دفاعی مشاهده شده است.

ساختمان میراگرهای مایع لزج عموماً از یک پیستون و یک سیلندر تشکیل شده است مایع لزج داخل سیلندر توسط پیستون فشرده می‌شود، با توجه به اینکه درون پیستون ، سیلندر دیگری وجود دارد .

که به وسیله سوراخ‌های ریزی می‌تواند مایع را به درون پمپ کند، با اعمال فشار به سیستم مایع لزج با سرعت کمی بین دوسیلندر مبادله می‌شود و مقدار زیادی انرژی را اتلاف می‌کند. ساختمان کلی این میراگرها در شکل زیر نشان داده شده است.

لازم به ذکر است که این میراگر حساسیتی نسبت به تغییرات حرارتی نداشته و به دلیل عدم دارا بوده و ساختمان جامد مورد اثر پدیده‌های خستگی و اثر باوشینگر قرار نخواهد گرفت اما طول عمر آن نسبت به طول عمر سازه کم است .

میراگر ویسکوز VFD

چند مزیت مهم برای استفاده از میراگرهای ویسکوز وجود دارد. میراگرهای ویسکوز نیروی میرایی در یک سازه تولید می‌کنند و این نیرو به طور  ذاتی غیر هم فاز با ماکزیمم پاسخ سازه در طی رویداد لرزه‌‌ای است. به این دلیل میراگرهای ویسکوز می‌توانند برش طبقه، شتاب و برش پایه را کاهش دهند. میراگر ویسکوز یک وسیله مهر و موم شده است و این موجب تمایل کمتر آن به خطرات جوی می‌شود که میراگرهای باید تحمل کنند در نهایت عملکرد میراگر ویسکوز تقریباً مستقل  از حرارت است و معادله میرای ویسکوز مشابه که برای همه سطوح فرکانس معتبر است.

ماتریس ضرایب میرایی جزء لاینفک روند حل است و اگر میراگرها به صورت ناهمسانی در سازه قرار بگیرند، تجزیه سیستم برای تحلیل سخت می‌شود. همچنین معایب دیگر برای میراگرهای ویسکوز وجود دارد. به علت فشردگی کم سیال ویسکوز، شروع به  کار کردن با ضربه‌ای در میراگر ویسکوز همراه است.

حرکت پیستون در این مایع با مقاومت آن روبرو می‌شود. اساس کار این میراگر لرزه‌ای استهلاک انرژی توسط عبور دادن مایع تحت فشار از درون سوراخ‌های تعبیه شده در پیستون می‌باشد. برای اندازه‌گیری مشخصات دینامیکی، در ابتدا وسیله فوق را تحت یک بارگذاری مشخص قرار داده و با استفاده از پاسخ این میراگرها، مشخصات آن‌ها بدست می‌آید. میراگرهای سیال لزج را می‌توان طوری طراحی کرد که به عنوان یک میراگر انرژی خالص یا به عنوان یک فنر یا بصورت ترکیبی از هر دو عمل نماید. همچنان که در شکل ملاحظه می‌شود میراگر سیال لزج شبیه کمک فنر خودرو می‌باشد.

حرکت پیستون داخل سیلندر دارای مایع سیلیکونی، باعث جذب انرژی جنبشی و تبدیل آن به انرژی گرمایی می‌گردد. چون در این نوع میراگرها نیروی میراگر کاملاً خارج از فاز تنش‌های وارده بوده و نیروی میرایی با سرعت تغییر می‌نماید، میراگر تنش و تغییر شکل‌های ایجاد شده در سازه را با همکارش می‌دهد. نیروی میراگر ویسکوز وابسته به سرعت است، بنابراین نیروی حداکثر میراگر در زلزله همیشه به جابجایی اختلاف فاز π/2 ایجاد می‌کند و سرعت ماکزیمم در زمانی اتفاق می‌افتد که جابجایی صفر است. این امر از مزیت‌های این میراگرها می‌باشد زیرا در زمانی که سازه در اثر جابجایی ناشی از زلزله تحت نیروهای داخلی شدید قرار دارد، فشار مضاعفی بر سازه وارد نمی‌کند.

کاربرد میراگر ویسکوز در سازه

سایر انواع میراگر (مانند جاری شونده فلزی و اصطکاکی) چنین خاصیتی نداشته و با سرعت تغییر نمی‌کنند. بنابراین آن‌ها معمولاً باعث افزایش تنش در ستون‌ها در ضمن کاهش حرکت و جابه‌جایی می‌شوند.

این موضوع به این شکل است که وقتی در اثر نیروی دینامیکی وارده به سازه، ستون به حداکثر جابه‌جایی خود و در نتیجه حداکثر تنش رسید، در این حالت نیروی میرایی صفر می‌شود و وقتی ستون در حالت بازگشت می‌باشد و در محل حداکثر سرعت است نیروی میراگر ماکزیمم می‌شود و این جایی است که نیروی ستون هم به کمترین مقدار خود رسیده است.میراگرهای ویسکوز به دلیل سادگی در نصب، قابلیت انطباق و هماهنگی با سایر اعضا و همچنین تنوع در ابعاد و اندازه‌های آن‌ها، کاربرد بسیاری در طراحی و مقاوم‌سازی پیدا کرده‌اند.

قابلیت تطابق میراگر ویسکوز با معماری

 میراگر جرمی تنظیم شده TMD

از آنجائی که فرکانس‌های طبیعی این سیستم‌ها با فرکانس‌های سازه‌ها، برابر و یا نزدیک به آنهاست، سیستم‌های هماهنگ شده(Tuned)   نامیده می‌شوند.

میراگر جرمی تنظیم شده یکی از ابزارهای غیر فعال استهلاک انرژی است. این وسیله با جذب کردن مقداری از انرژی وارد شده از بار دینامیکی به سازه، میزان تقاضا برای استهلاک انرژی در سازه اصلی را کاهش می‌دهد .

در این میراگر لرزه‌ای، سازه و میراگر نقش یک سیستم دو قسمتی را باز می‌کنند . جرم میراگر، روی سازه قرار می‌گیرد ولی میراگر توسط غلتک‌هایی می‌تواند در جهت افقی حرکت آزادانه داشته باشد. در هنگام زلزله نیروی جدیدی توسط میراگر در جهت میراسازی انرژی زلزله به سیستم اعمال می‌شود .

یک میراگر جرمی تنظیم شده دستگاهی است متشکل از یک جرم، یک فنر و یک میراگر که به سازه متصل شده و هدف آن نیز کاهش پاسخ دینامیکی سازه می‌باشد. فرکانس میراگر با یک فرکانس سازه‌ای خاص تنظیم می‌شود تا وقتی این فرکانس فعال شد، میراگر با اختلاف فازی نسبت به حرکت سازه به جنبش در آید.

در آن زمان کاربرد میراگرهای جرمی تنظیم شده محدود به جذب کننده‌های دینامیکی سیستم‌های مکانیکی می‌شد. ولی بعدها کاربرد آن‌ها در سازه‌ها مورد توجه قرار گرفت.

با مطالعه رفتار سازه مشاهده می‌شود که نسبت میرایی سازه کنترل شده متأثر از نسبت تنظیم TMD کنترل شده توسط سیستم میراگر لرزه‌ای می‌باشد.

• در زلزله‌های حوزه دور افزایش تعداد میراگر بهتر است چون با توجه به عدم قطعیت موجود در پیش‌بینی زمین‌لرزه و همچنین مشخصات دینامیکی سازه مثل فرکانس‌های طبیعی .
• استهلاک مودهای مختلف ارتعاشی، مفیدتر آن است که از تعداد میراگرهای بیشتر استفاده شود به نحوی که این میراگرها دارای ارتعاشی با اندک اختلافی نسبت به هم باشند تا بتوان محدوده بیشتری از فرکانس‌ها را پوشش داد که به این‌گونه MTMD گفته می‌شود.
• با افزایش نسبت جرم میراگر در تمام زلزله‌ها چه حوزه دور و چه نزدیک باعث کاهش شتاب طبقات می‌گردد.
• میراگرهای جرمی تنظیم شده به دلیل عدم نیاز به تعمیر و نگهداری ویژه، عدم نیاز به منبع انرژی خارجی و قابلیت
• بهره‌برداری دائمی، کاربرد وسیعی در کاهش پاسخ لرزهای سازه‌های بلندمرتبه در مقابل اثر باد و زلزله دارند.
• با افزایش تعداد طبقات سازه اثر بخشی سیستم TMD بیشتر می‌شود و باعث کاهش بیشتر تغییر مکان حداکثر طبقات می‌گردد.
• کاراییTMD در سازه‌های با مهاربند و یا سیستم دوگانه بسیار بهتر از قاب خمشی تنها می‌باشد.

سازه ضد انفجار

مقاوم سازی در برابر انفجار

سازه ضد انفجار – در اﺛﺮ ﺗﻤﺎم اﻧﻔﺠﺎرﻫﺎ ﻣﻮجی از ﻫﻮا آزاد می‌ﺷﻮد ﻛﻪ ﺑﻪ ﻧﺎم ﻣﻮج ﺿﺮﺑﻪ ای ﺷﻨﺎﺧﺘﻪ می ﺷﻮد. اﻳﻦ ﻣﻮج ﻫﻮای ﺑﺴﻴﺎر ﻣﺘﺮاﻛمی می‌ﺑﺎﺷﺪ ﻛﻪ ﺑﻪ ﺻﻮرت ﻛﺮوی ﺑﺎ ﺳﺮﻋتی ﺑﺴﻴﺎر زﻳﺎد از ﻣﻨﺒﻊ اﻧﻔﺠﺎر ﺑﻪ ﺳﻤﺖ ﺧﺎرج ﺣﺮﻛﺖ می‌ﻛﻨﺪ. کارشناسان شرکت افزیر توانایی تحلیل و طراحی سازه های ضد انفجار با استفاده از آیین نامه های معتبر را دارا می‌باشند. یکی از زمینه‌های این شرکت مقاوم سازی بخشهای مختلف سازه‌ نظیر دیوارهای بتنی مسلح، دالها، عرشه پلها و ایجاد امنیت در برابر بارگذاری انفجاری با استفاده از ﻣﺼﺎﻟﺢ ﺷﮑﻞ ﭘﺬﯾﺮ و روشهای مختلف می‌باشد. در زیر به برخی از این موارد اشاره می‌شود:

استفاده از الیاف FRP در مقاوم سازی سازه ها در برابر انفجار

از جمله مزایای استفاده از الیاف FRP در سازه های بتنی کاهش تغییر شکل سازه، کرنش ها و اثرات تخریب در بتن می‌باشد. مصالح کامپوزیتی FRP تنش در میلگردهای داخل بتن را کاهش داده و از جاری شدن میلگردها جلوگیری می کند. طبق مقایسه ای که بین الیاف مختلف FRP  جهت مقاوم سازی در برابر انفجار صورت گرفته است، به ترتیب الیاف یا مصالح کربن، شیشه و آرامید بهترین عملکرد پلیمری را دارند.

استفاده از الیاف FRP در مقاوم سازی سازه ها در برابر انفجار

در ویدئو زیر یک دیوار تقویت شده با مواد ضد انفجار FRP (سازه ضد انفجار)  آزمایش می شود:

[aparat id=”y8jI1″]

آزمایش یک سازه ضد انفجار (مقاوم سازی شده با FRP در برابر انفجار)

نانو فوم

از مصالح نوین نانو فوم برای افزایش مقاومت المانهای مختلف تیر، ستون، دیوار و دالها و حفاظت از ساختمان ها در برابر انفجار استفاده می‌شود. نانوفوم ها با اندازه منافذ بیش از 10 نانومتر بهترین توانایی را برای جذب ضربات شدید و موج انفجار دارند. زمانی که منافذ به اندازه کافی کوچک باشند، این انرژی به شکل بی خطر در سراسر منطقه برخورد پراکنده می شود.

دیوار و حصارهای ضد انفجار

این تکنیک بهترین عملکرد را در آزمایش‌های انفجاری از خود نشان داده است. در این روش دیوار های مخصوصی با خاصیت آیرودینامیک، بارهای ناشی از انفجار را از ناحیه پشتشان به صورت ایمن منحرف می کنند.
به منظور استفاده از تجهیزات الکتریکی در مناطقی که حاوی گازهای قابل اشتعال هستند می‌بایست به طرقی از ایجاد جرقه و در نهایت ایجاد انفجار جلوگیری شود. در این راستا استانداردهای الکتریکی مختلفی برای حفاظت در برابر انفجار در محیط های گازی قابل احتراق وجود دارد که به صورت حفاظت از طریق غوطه وری در روغن، حفاظت از طریق هوای فشرده، حفاظت از طریق جلوگیری از نفوذ گاز قابل اشتعال به داخل تجهیزات و حفاظت از طریق عدم ایجاد جرقه ارائه شده اند. دپارتمان بخش تجهیزات نفت و پتروشیمی شرکت افزیر ارائه دهنده بهینه ترین روشهای مقاوم سازی تجهیزات و قطعات الکتریکی ضدانفجار (Explosion proof) برای سیستمهای نفت و گاز و بخصوص در صنعت CNG می‌باشد.

دیوار و حصارهای ضد انفجار

بتن الیافی

بتن الیافی نوعی بتن است که در ساخت آن از الیاف خرد پلیمری بهمراه سیمان، آب، سنگدانه استفاده می‌شود. الیاف باعث افزایش پیوستگی، مقاومت کششی، کاهش ترکهای بتن و افزایش نرمی بتن میگردد. جنس الیاف و اندازه آنها به نوع مصرف بتون و مقاومت کششی مد نظر بستگی دارد. الیاف می‌تواند الیاف شیشه یا الیاف فلزی و یا الیاف پلیمری پلی پروپیلن باشد و اندازهٔ آنها معمولاً 3 الی 20 میلیمتر است. این بتن علاوه بر اینکه مصارف گوناگونی در ساخت بنادر و یارد های ساحلی با توجه به شرایط خوردگی و بارهای سنگین، در ساخت اتوبان ها و در بتن های پاششی ( شاتکریت) دارند، بسیار مقاوم در برابر انفجار و ضربه بوده می‌توانند برای ساخت سازه ضد انفجار نیز داشته باشند.

مصالح ضد انفجار eXess

سیستم eXess یک شبکه توری بسیار وسیع و نازک از جنس آلیاژ مخصوصی از آلمینیوم می‌باشد که دارای قدرت انتقال حرارت بسیار بهینه‌ای است. این مصالح در تانکرها و مخازن سوختی مورد استفاده قرار می‌گیرد. کار اصلی مصالح eXess پخش سریع حرارت در مخزن و فرو نشاندن شعله می‌باشد. eXess ها همیشه فعال بوده، در محیط‌های بسیار گرم کارآمدی خود را حفظ می‌کنند، طول عمر زیادی، نصب سریع داشته و از پوسیدگی مخازن جلوگیری می‌کنند.

مصالح ضد انفجار 

تقویت سازه‌ها با FRP

بهسازی و تقویت سازه‌ها با FRP

سازه‌های بتن آرمه به عنوان بخش گسترده‌ای از سازه‌ها، چنانچه بر حسب محاسبات دقیق و روابط شکل‌پذیری، طراحی و اجرا شوند، ساختمان‌های بسیار مطلوبی خواهند بود. اما در کشور ما بسیاری از ساختمان‌های بتن‌آرمه به دلیل کیفیت نامطلوب اجرا از جمله آرماتورگذاری نامناسب، اجرای نامناسب بتن‌ریزی، کیفیت پایین مصالح و نیز عدم رعایت ضوابط شکل‌پذیری در طراحی و اجرا در برابر زلزله رفتار مناسبی ندارند. از جمله این رفتارها می‌توان به عدم تأمین مقاومت برشی در تیرها و ستون‌ها، شکست برشی اتصال تیر به ستون، عدم تأمین مقاومت برشی در هر طبقه، ناپایداری جانبی و از دست رفتن باربری ثقلی و جانبی در ستون‌ها اشاره کرد که در هنگام وقوع زلزله منجر به خسارت‌های شدید و گاهاً انهدام کلی سازه می‌گردد.

بازسازی و مقاوم‌سازی ستون‌های بتن آرمه به دلایلی مانند تغییر کاربری و یا نیاز به بهبود مقاومت و شکل‌پذیری سازه در برابر اثرات غیرخطی در بتن مسلح در هنگام وقوع زلزله از یکسری مکانیزم‌هایی شامل شکست بتنی و ترک خوردن آن، کمانش آرماتورها و غیره نتیجه می‌شود. استفاده از ورق‌های فولادی جهت مقاوم‌سازی سازه‌های بتن مسلح رایج و معمول می‌باشد. برای افزایش مقاومت خمشی و انعطاف‌پذیری و مقاومت برشی ستون‌ها می‌توان از روش ژاکت بتنی و یا FRP استفاده کرد.

لازم به ذکر است که مانند هر مصالحی، FRPها دارای نقاط ضعفی نظیر حساسیت در مقابل آتش و ضعف در تحمل تنش‌های فشاری می‌باشند. نکته مهم دیگر آن که پیوستگی بین ورق FRP و سطح عضو بتنی در بیشتر موارد حلقه بحرانی در این مجموعه می‌باشد.

معرفی FRP

FRP الیاف پلیمری تقویت شده، نوعی ماده کامپوزیت متشکل از دو بخش فیبر یا الیاف تقویتی است که به وسیله یک ماتریس رزین (ماده چسبنده) از جنس پلیمر احاطه شده‌اند. به بیان ساده‌تر کامپوزیت‌های FRP متشکل از یکسری فیبر یا الیاف که درون رزینی به عنوان ماتریس یا زمینه قرار گرفته که در آن‌ها الیاف بلند و ممتد عوامل ایجاد مقاومت هستند و رزین آن‌ها را در جای خود نگه داشته و بار را از سازه به الیاف منتقل می‌کند و در طول آن‌ها به طور یکنواخت توزیع می‌کند. همچنین رزین باعث حفاظت از الیاف می‌شود. بنابراین الیاف و رزین اجزای اصلی کامپوزیت‌های FRP هستند. البته در کنار این مواد، مواد دیگری نیز در نقش فیلر و سخت‌کننده و مواد مضاعف جهت بهبود خواص ماده حاصل، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

تقویت سازه‌ها با FRP

شرکت افزیر با دانش، تجهیزات و نیروهای متخصصی که در اختیار دارد، انواع پروژه ها را با بکار گیری مبانی حرفه ای مهندسی منطبق بر آخرین تحقیقات و ضوابط آیین نامه ای و نشریات معتبر FRP و جدیدترین روشها و مرغوب ترین الیاف FRP با بهترین کیفیت را در اسرع وقت اجرا می‌نماید. از جمله موارد مقاوم سازی با الیاف پلیمری کامپوزیتی FRP توسط این شرکت بدین شرح می‌باشد:

– افزایش کرنش ستونهای بتنی با استفاده از دورپیچ های FRP

– تقویت خمشی تیرهای بتنی با مصالح کربن FRP

– تقویت برشی یا افزایش شکل پذیری تیرها یا ستونهای بتنی

– تقویت خمشی و برشی دیوارهای برشی بتنی

– تقویت خمشی و برشی دالها توسط ورقه ها یا شیت های پلیمر کربن

– تقویت اتصالات با FRP

– افزایش مقاومت در برابر عوامل محیطی مانند خستگی، خوردگی، رطوبت، تغییر دما و….

– افزایش مقاومت ، عمر مفید ، بهسازی و مقاوم سازی تاسیسات و تجهیزات (سازه های خاص) توسط سیستم های کامپوزیتی

– تقویت عرشه پل با استفاده از الیاف کربن

تصاویر زیر نمونه هایی از تقویت سازه ها به وسیله FRP می باشند:

مقاوم سازی سازه های بتنی با FRP 

بهسازی و تقویت سازه ها با الیاف FRP

بهسازی و تقویت سازه ها با الیاف FRP

بهسازی و تقویت سازه ها با الیاف FRP

بهسازی و تقویت سازه ها با الیاف FRP

بهسازی و تقویت سازه ها با الیاف FRP

بهسازی و تقویت سازه ها با الیاف FRP

راهکارهای مقاوم سازی ساختمان قدیمی در برابر زلزله

ساختمان‌های که در گذشته ساخته شده اند به دو قسمت تقسیم می‌شوند. بخش اول، ساختمان‌های بنایی که از خشت و گل و سیمان و … ساخته شده اند و کلاف بندی و یا اسکلت در آن‌ها وجود ندارد و فاقد سیستم باربری جانبی می باشند. بخش دوم ساختمان‌های می باشند که کلاف های بتنی و یا فلزی در آن اجرا شده و دارای سیستم باربری جانبی می باشند در این مقاله منظور از ساختمان‌های قدیمی ساختمان‌های دارای کلاف می‌باشد . در این مقاله سعی شده است که به مقاوم سازی ساختمان‌های قدیمی بپردازد. ساختمان‌های قدیمی در اجرا یا دارای مهندس ناظر در حین اجرا بوده اند که باعث افزایش کیفیت ساخت ساختمان‌های قدیمی می‌شود یا فاقد مهندس ناظر می باشند که سبب افت کیفیت اجرا می‌شود (در گذشته به علت عدم مرجع و مدیریت صحیح عموما ساخت ساختمان ها بدون وجود ناظر انجام می گرفت). مسئله بعد در ساخت ساختمان‌های قدیمی  عدم وجود آیین نامه و یا عدم رعایت آیین نامه سبب آسیب پذیری ساختمان در برابر زلزله می‌باشد. یکی دیگر از مسائل که نیاز ساختمان‌های قدیمی را به مقاوم سازی نشان می دهد تغییر آیین نامه ها می‌باشد که سبب شده ضوابط سخت گیرانه تری نسبت به آیین نامه های گذشته ارائه کند. با این حال ممکن است مقاوم سازی همه ساختمان‌های قدیمی نیاز نباشدو  بعضی از ساختمان‌های قدیمی نیاز مقاوم سازی داشته باشد.

ساختمان‌های قدیمی به دو دسته تقسیم می‌شوند:

• ساختمانهای قدیمی فولادی
• ساختمان قدیمی بتنی

ساختمان‌های قدیمی فولادی:

عملکرد ساختمان‌های قدیمی فولادی در برابر زلزله به کیفیت عملیات جوشکاری، مقدار مقاومت کششی فولاد استفاده شده بستگی دارد. در صورت کیفیت درست جوشکاری و مشخصات مناسب مصالح یک سری ایراد عمده در ساختمان‌های قدیمی فولادی وجود دارد که سبب آسیب های شدید در برابر زلزله می‌شود. در زیر به بررسی ساختمان‌های قدیمی فولادی  در برابر زلزله و راه کار های مقاوم سازی ساختمان‌های قدیمی فولادی می پردازیم.

سقف های طاق ضربی

در ساختمان‌های قدیمی فولادی عموما از سقف های طاق ضرب استفاده شده است که از تیرآهن و آجرهای فشاری تشکیل شده اند این سقف ها  به دلیل یکپارچه نبودن سقف های طاق ضربی  عملکرد مناسبی را در زلزله ندارند و به دلیل وزن زیاد نیروی بسیار زیادی به  آن‌ها وارد می‌شود. از این بابت بسیار آسیب پذیر می باشند .

راهکار مقاوم سازی سقف های طاق ضربی در ساختمان‌های قدیمی فولادی:

بهترین راهکار جهت مقاوم سازی ساختمان‌های قدیمی فولادی اجرای شبکه فولادی به همراه بتن به روی سقف موجود و سپس برچیدن سقف طاق ضربی می‌باشد. روش اجرا به شرح زیر می‌باشد:

• از بین بردن نازک کاری روی سقف تا به تیر آهن و آجر فشاری مشخص شود( ملات سیمانی، سرامیک، موزائیک و ….)
• اجرای یک شبکه میلگرد بر روی سقف
• اجرای یک لایه بتن به ضخامت 5 تا 10 سانتی متر
• برچیدن آجرهای زیر سقف اجرا شده

لازم به ذکر است که قبل از اجرای شبکه میلگرد و بتن نیاز است که از پلاستیک استفاده شود که در گیری بین آجر و  بتن ریخته شده اجرا نشود تا هنگام تخریب کار ساده تر انجام شود.

ستون‌های ساختمان‌های قدیمی فولادی

در ساختمان‌های قدیمی فولادی، بیشتر ستون‌ها از مقاطع دوبل بست دار استفاده شده است. در زلزله های اخیر مشاهده شده است که این ستون‌ها دارای عملکرد مناسبی نمی باشند و سبب آسیب در زلزله می‌شوند. و به دلیل تغیر شکل های بزرگ غیر خطی سبب دریفت های زیاد و گاهی حتی سبب فرو ریزش ساختمان ها می‌شوند.

راهکار مقاوم سازی ستون‌های بست دار( پاباز) در ساختمان‌های قدیمی فولادی:

راهکار کارآمد در مقاوم سازی ستون‌های بست دار استفاده از ورق‌های سرتاسری به جای لقمه و یا استفاده از روش ژاکت بتنی و محاط کردن مقطع ستون بست دار به‌وسیله بتن می‌باشد. که این موضوع سبب افزایش مقاومت خمشی و برشی و پیچشی ستون می‌شود و باعث می‌شود عملکرد بهتر ساختمان‌های قدیمی فولادی در زلزله می‌باشد.

اتصالات ساختمان‌های قدیمی فولادی:

در ساختمان‌های قدیمی فولادی، تقریبا تمامی اتصالات تیر به ستون (در یک راستا) خورجینی می باشند. اجرا این اتصال به این صورت می‌باشد که تیر را به صورت یکسره از طرفین ستون‌ها عبور داده اند و برای مهار تیر از دو نبشی در بالا و پایین تیر استفاده میکنند که این موضوع سبب شده مقداری گیر داری در اتصال ایجاد کند. که برای فراهم کردن سطحی برای اتصال تیر به نبشی، نبشی زیرین را بزرگتر و نبشی روی را کوچک تر از عرض تیر انتخاب می کنند. اتصالات خورجینی ساختمان‌های قدیمی فولادی در برابر زلزله عملکرد مناسب نداشته باشند و باعث آسیب جدی به ساختمان و حتی فروریزش سقف ها می‌شود.

راهکار مقاوم سازی اتصالات خورجینی ساختمان‌های قدیمی فولادی:

اتصالات خورجینی جهت باربری ثقلی طراحی می‌شوند و در برابر بارهای جانبی طراحی نمی‌شوند با توجه به این موضع، یکی از راه‌های تأمین  سیستم باربر جانبی  در ساختمان‌های قدیمی فولادی، استفاده از مهاربند می‌باشد. روش دیگر جهت مقاوم سازی اتصالات خورجینی در ساختمان‌های قدیمی فولادی، گیردار نمودن کامل اتصالات خورجینی با استفاده از ورق‌های زیر سری و رو سری می‌باشد.

مقاوم سازی ساختمان‌های قدیمی بتنی:

در برخی از ساختمان‌های قدیمی بتنی به دلیل کیفیت پایین مصالح استفاده شده در ساخت، مقاومت فشاری کم بتن وعدم ارضا ضوابط آیین نامه‌ای مانند مقدار کم آرماتورهای طولی، نبود میلگردهای عرضی کافی که سبب محصوریت کم بتن می‌شود، نیاز به مقاوم سازی می‌باشد.

راهکارهای مقاوم سازی ساختمان‌های قدیمی بتنی:

جهت مقاوم سازی ساختمان‌های قدیمی بتنی ابتدا نیاز به تعیین مقدار مقاومت بتن فشاری می‌باشد، تا بتوان تصمیم گرفت از روش‌های مقاوم سازی ساختمان بتنی استفاده کرد.

اگر مقاوم بتن از 17 مگاپاسکال معادل 170 کیلوگرم بر سانتی متر مربع کمتر باشد بهتر است از ژاکت بتنی جهت مقاوم سازی ساختمان بتنی استفاده کرد. اگر از عدد فوق بالاتر باشد می‌تواند از ورق‌های فولادی و مهار آن‌ها به‌وسیله انکر بولت به المان‌های سازه‌ای استفاده کرد. در صورت عدم امکان استفاده از ورق‌های فولادی می‌توان با استفاده از الیاف پلیمری FRP  اقدام به تأمین کمبود مقاومت و مقاوم سازی ساختمان قدیمی بتنی، نماییم.

روش کارآمد و مناسب دیگر جهت مقاوم سازی ساختمان قدیمی اضافه نمودن دیوار برشی می‌باشد که سبب ایجاد سختی و سیستم باربر جانبی در سازه می‌شود. جهت اضافه نمودن دیوار برشی می‌توان  با استفاده از کاشت میلگرد در ستون‌ها گیرداری دیوار برشی به ستون را تأمین نمود و یا شبکه‌ای آرماتور دیوار برشی ادامه یابد و دور ستون‌های موجود محاط شود.