ترمیم ترک بتن افزیر‌‌

ترمیم ترک بتن افزیر‌‌

شکل گیری ترک در بتن

عمر مفید سازه‌های بتن مسلح خصوصاً سازه‌های دریایی و پل‌ها معمولاً توسط خوردگی آرماتور محدود می‌شود.خوردگی آرماتور باعث شکل‌گیری خوردگی در اطراف آرماتور شده و افزایش حجم این محصولات باعث ایجاد فشار انبساطی در بتن اطراف آرماتور می‌گردد. این فشار انبساطی موجب ترک خوردگی و پوکیدن پوشش بتنی شده و از بین رفتن پوشش بتنی باعث کاهش مقطع بتن، کاهش مقاومت پیوستگی بتن و آرماتور و همچنین قرار گرفتن آرماتور در معرض عوامل جوی می‌شود. بنابراین با متلاشی شدن پوشش بتنی بر اثر ترک بتن، مقاومت پیوستگی به شدت کاهش یافته و خوردگی افزایش می‌یابد و عملاً عمر مفید سازه پایان می‌یابد. و سازه احتیاج به مقاوم سازی دارد.

ترک بتن

همیشه باید تا حدی انتظار ترک خوردگی را در بتن داشت و این مورد در بیشتر مواقع در طراحی سازه و در پارامترهای ضریب ایمنی در نظر گرفته می‌شود. جزئیات در مشخصات میلگردها باید به دقت کنترل شود تا عرض ترک‌ بتن از مقادیر بحرانی تجاوز نکنند. ترک‌ها تا حدودی مشکل ساز هستند که:

1-از لحاظ زیبایی غیر قابل قبول باشند.

2-سبب خروج سازه از حالت آب بندی شوند.

3-بر دوام سازه اثر بگذارند.

4-از لحاظ سازه‌ای اهمیت داشته باشند.

به طورکلی، شکل گیری ترک بتن علل زیادی دارند. ترک‌ها ممکن است فقط ظاهری باشند یا نشانه‌ای از یک تنش سازه‌ای مهم و یا فقدان مقاومت و دوام سازه  ترک‌هاممکن است وسعت خرابی رانشان دهند یا نشانه حجم بیشتری از مشکلات باشند. اهمیت آنها بستگی به نوع سازه و نوع ترک بتن دارد. انواع ترک‌هایی که برای سازه‌های ساختمانی قابل قبول می‌باشند ممکن است برای سازه‌های دیوار حائل آبی قابل قبول نباشند. تعمیر مناسب ترک‌ها بستگی به دانستن علت ترک‌ها و انتخاب مراحل تعمیر متناسب با این علت‌ها دارد و گرنه ترک‌ها ممکن است موقت و زودگذر باشند.

ترک‌ها ممکن است در بتن نرم و خمیری روی دهد و یا در بتن سخت. ترک‌های بتن نرم به دلیل افت بتن و ترک‌های ناشی از نشست رخ می‌دهد و بعد از سخت شدن ترک‌های جمع شدگی بتن خشک روی می دهد.

در انتخاب روش تعمیر ترک بتن علاوه بر توجه به علت و وسعت ترک برداری، باید به وضعیت فعلی ترک‌ها هم توجه کرد. در غیر این صورت چه بسا روش تعمیری نامناسب و در نتیجه ناموثر انتخاب شود. انتخاب روش تعمیر نه تنها از علت و وسعت ترک، بلکه از محل و شرایط محیطی حضور ترک نیز تاثیر می‌پذیرد. به عنوان مثال رفع معایب در شرایط خشکی– تری، صنعتی و دریایی به مصالح و روش‌هایی کاملا متفاوت با آنها نیاز دارد که در تعمیر، زیبایی ظاهری به کار می‌آیند. همچنین شیوه‌هایی که متکی بر روش ثقلی هستند، اغلب در سطوح افقی موفقیت آمیزند ولی به ندرت در سطوح عمودی کارساز و موفق خواهند بود. باید به امکان وجود رطوبت، آب یا مواد آلوده کننده در درون ترک توجه داشت معمولاً روش‌های تعمیر ترک بتن باعث ناپدید شدن ترک‌ها نمی‌شوند و در جایی که زیبایی اهمیت دارد، ظاهر قابل رویت بخش تعمیر شده بایستی ارزیابی شود. استفاده از اندودهای مناسب برای تمام سطح بعد از تمام شدن تعمیر معمولاً ظاهر قابل رویت را مناسب خواهد کرد.

عوامل خوردگی بتن و فرسودگی و تخریب سازه‌های بتنی:

1- نفوذ نمک‌ها (INGRESS OF SALTS)

نمک‌های ته نشین شده که حاصل تبخیر و یا جریان آب‌های دارای املاح می‌باشند و همچنین نمک‌هایی که توسط باد در خلل و فرج و ترک‌ها جمع می‌شوند، هنگام کریستالیزه شدن می‌توانند فشار مخربی به سازه‌ها وارد کنند که این عمل علاوه بر تسریع و تشدید زنگ زدگی و خوردگی آرماتورها به واسطه وجود نمک‌ها است. تر و خشک شدن متناوب نیز می‌تواند تمرکز نمک‌ها را شدت بخشد زیرا آب دارای املاح، پس از تبخیر، املاح خود را به جا می‌گذارد.

2- اشتباهات طراحی (SPECIFICATION ERRORS)

به کارگیری استانداردهای نامناسب و مشخصات فنی غلط در رابطه با انتخاب مواد، روش‌های اجرایی و عملکرد خود سازه، می‌تواند به خرابی بتن منجر شود. به عنوان مثال استفاده از استانداردهای اروپایی و آمریکایی جهت اجرای پروژه‌هایی در مناطق خلیج فارس، جایی که آب و هوا و مواد و مصالح ساختمانی و مهارت افراد متفاوت با همه این عوامل در شمال اروپا و آمریکاست، باعث می‌شود تا دوام و پایایی سازه های بتنی در مناطق یاد شده کاهش یافته و در بهره برداری از سازه نیز با مسائل بسیار جدی مواجه گردیم.

3- اشتباهات اجرایی (CONSTRUCTION ERRORS)

کم کاریها، اشتباهات و نقصهایی که به هنگام اجرای پروژه ها رخ می دهد، ممکن است باعث گردد تا آسیبهایی چون پدیدهء لانه زنبوری، حفره های آب انداختگی، جداشدگی، ترکهای جمع شدگی، فضاهای خالی اضافی یا بتن آلوده شده، به وجود آید که همگی آنها به مشکلات جدی می انجامند.

این گونه نقصها و اشکالات را می توان زاییدهء کارآئی، درجهء فشردگی، سیستم عمل آوری، آب مخلوط آلوده، سنگدانه های آلوده و استفاده غلط از افزودنیها به صورت فردی و یا گروهی دانست.

4- حملات کلریدی (CHLORIDE ATTACK)

وجود کلرید آزاد در بتن می تواند به لایهء حفاظتی غیر فعالی که در اطراف آرماتورها قرار دارد، آسیب وارد نموده و آن را از بین ببرد.

خوردگی کلریدی آرماتورهایی که درون بتن قرار دارند، یک عمل الکتروشیمیایی است که بنا به خاصیتش، جهت انجام این فرآیند، غلظت مورد نیاز یون کلرید، نواحی آندی و کاتدی، وجود الکترولیت و رسیدن اکسیژن به مناطق کاتدی در سل (CELL)خوردگی را فراهم می کند.

گفته می شود که خوردگی کلریدی وقتی حاصل می شود که مقدار کلرید موجود در بتن بیش از 6/0 کیلوگرم در هر متر مکعب بتن باشد. ولی این مقدار به کیفیت بتن نیز بستگی دارد.

خوردگی بتن تحت حملات کلریدی

خوردگی آبله رویی حاصل از کلرید می تواند موضعی و عمیق باشد که این عمل در صورت وجود یک سطح بسیار کوچک آندی و یک سطح بسیار وسیع کاتدی به وقوع می پیوندد که خوردگی آن نیز با شدت بسیار صورت می گیرد. از جمله مشخصات (FEATURES ) خوردگی کلریدی، می توان موارد زیر را نام برد:

الف- هنگامی که کلرید در مراحل میانی ترکیبات (عمل و عکس العمل) شیمیایی مورد استفاده قرار گرفته ولی در انتها کلرید مصرف نشده باشد.

ب- هنگامی که تشکیل همزمان اسید هیدروکلریک، درجه PH مناطق خورده شده را پایین بیاورد. وجود کلریدها هم می تواند به علت استفاده از افزودنیهای کلرید باشد و هم می تواند ناشی از نفوذیابی کلرید از هوای اطراف باشد.

فرض بر این است که مقدار نفوذ یونهای کلریدی تابعیت از قانون نفوذ FICK دارد. ولی علاوه بر انتشار (DIFFUSION) به نفوذ (PENETRATION) کلرید احتمال دارد به خاطر مکش موئینه (CAPILLARY SUCTION) نیز انجام پذیرد.

5-حملات سولفاتی (SULPHATE ATTACK)

محلول نمکهای سولفاتی از قبیل سولفاتهای سدیم و منیزیم به دو طریق می توانند بتن را مورد حمله و تخریب قرار دهند. در طریق اول یون سولفات ممکن است آلومینات سیمان را مورد حمله قرار داده و ضمن ترکیب، نمکهای دوتایی از قبیل: THAUMASITE و ETTRINGITE تولید نماید که در آب محلول می باشند. وجود این گونه نمکها در حضور هیدروکسید کلسیم، طبیعت کلوئیدی(COLLOIDAL) داشته که می تواند منبسط شده و با ازدیاد حجم، تخریب بتن را باعث گردد. طریق دومی که محلولهای سولفاتی قادر به آسیب رسانی به بتن هستند عبارتست از: تبدیل هیدروکسید کلسیم به نمکهای محلول در آب مانند گچ (GYPSUM) و میرابلیت MIRABILITE که باعث تجزیه و نرم شدن سطوح بتن می شود و عمل LEACHING یا خلل و فرج دار شدن بتن به واسطه یک مایع حلال، به وقوع می پیوند.

6- حریق (FIRE)

سه عامل اصلی وجود دارد که می توانند مقاومت بتن را در مقابل حرارت بالا تعیین کنند. این عوامل عبارتند از:

الف- توانایی بتن در مقابله با گرما و همچنین عمل آب بندی، بدون اینکه ترک، ریختگی و نزول مقاومت حاصل گردد.

ب-رسانایی بتن (CONDUCTIVITY)

ج- ظرفیت گرمایی بتن(HEAT CAPACITY)

باید توجه داشت دو مکانیزم کاملاً متضاد انبساط (EXPANSION) و جمع شدگی مسوول خرابی بتن در مقابل حرارت می باشند. در حالی که سیمان خالص به محض قرار گرفتن در مجاورت حرارتهای بالا، انبساط حجم پیدا می کند، بتن در همین شرایط یعنی در معرض حرارتهای (دمای) بالا، تمایل به جمع شدگی و انقباض نشان می دهد. چون حرارت باعث از دست دادن آب بتن می گردد، نهایتاً اینکه مقدار انقباض در نتیجه عمل خشک شدن از مقدار انبساط فراتر رفته و باعث می شود جمع شدگی حاصل شود و به دنبال آن ترک خوردگی و ریختگی بتن به وجود می آید .به علاوه در درجه حرارت 400 درجه سانتی گراد، هیدروکسید کلسیم آزاد بتن که در سیمان پر تلند هیدراته شده موجود است، آب خود را از دست داده و تشکیل اکسید کلسیم می دهد. سپس خنک شدن مجدد و در معرض رطوبت قرار گرفتن باعث می شود، تا از نو عمل هیدراته شدن حاصل شود که این عمل به علت انبساط حجمی موجب بروز تنشهای مخرب می گردد. هچنین انبساط و انقباض نا هماهنگ و متمایز (DIFFERENTIAL EXPANSION AND CONTRACTION)مواد تشکیل دهنده بتن مسلح مانند آرماتور، شن، ماسه و … می توانند در ازدیاد تنشهای تخریبی نقش موثری داشته باشند.

7- عمل یخ زدگی (FROST ACTION)

برای بتن های خیس، عمل یخ زدگی یک عامل تخریب می باشد، چون آب به هنگام یخ زدن ازدیاد حجم پیدا کرده و باعث تولید تنشهای مخرب درونی شده و لذا ترک بتن اتفاق می‌افتد. ترکها و درزهایی که نتیجه یخ زدگی و ذوب متناوب می باشند، باعث می گردند سطح بتن به صورت پولکی درآمده و بر اثر فرسایش، خرابی عمق بیشتری یابد بنابراین عمل یخ زدگی بتن و میزان تخریب حاصله، بستگی به درجه تخلخل و نفوذپذیری بتن دارد که این موضوع علاوه بر تاثیر ترکها و درزهاست.

8- نمکهای ذوب یخ (DE-ICING SALTS)

اگر برای ذوب نمودن یخ بتن، از نمکهای ذوب یخ استفاده شود، علاوه بر خرابیهای حاصله از یخ زدگی، ممکن است همین نمکها نیز باعث خرابی سطحی بتن گردند. چون باور آن است که خرابیهای حاصل از نمکهای ذوب یخ، در نتیجه یک عمل فیزیکی به وقوع می پیوندد، غلظت نمکها، موجود بودن آبی که قابلیت یخ زدگی داشته باشد و در کل فشارهای هیدرولیکی و غشایی (OSMOTIC) نقش بسیار مهمی در دامنه و وسعت خرابیها ایفا می کنند.

9- عکس العمل قلیایی سنگدانه ها (ALKALI-AGGREGATE REACTION)

در این قسمت می توان از واکنشهای “قلیایی- سیلیکا” و “قلیایی- کربناتها” نام برد.

عکس العمل قلیایی – سیلیکا(ALKALI-SILICA) عبارتست از: ژلی که از عکس العمل بین هیدروکسید پتاسیم و سیلیکای واکنش پذیر موجود در سنگدانه حاصل می شود. بر اثر جذب آب، این ژل انبساط پیدا کرده و با ایجاد تنشهایی منجر به تشکیل ترکهای درونی در بتن می شود. واکنش قلیایی –کربنات، بین قلیاهای موجود در سیمان و گروه مشخصی از سنگهای آهکی (DOLOMITIC) که در شرایط مرطوب قرار می گیرند، به وقوع می پیوندد. در اینجا نیز انبساط حاصله باعث می شود تا ترکهایی ایجاد شود یا در مقاطع باریک خمیدگیهایی به وجود آید.

10- کربناسیون (CARBONATION)

گاه لایه حفاظتی که در مجاورت آرماتور داخل بتن موجود است، در صورت کاهش PH بتن اطراف، به کلی آسیب دیده و از بین می رود. بنابراین نفوذ دی اکسید کربن از هوا، عکس العملی را با بتن آلکالین ایجاد می نماید که حاصل آن کربنات خواهد بود و در نتیجه درجه PH بتن کاهش می یابد. همچنان که این عمل از سطح بتن شروع شده و به داخل بتن پیشروی می نماید؛ آرماتور بتن تحت تاثیر این عمل دچار خوردگی می گردد. علاوه بر خوردگی، دی اکسید کربن و بعضی اسیدهای موجود در آب دریا می توانند هیدروکسید کلسیم را در خود حل کرده و باعث فرسایش سطح بتن گردند.

11- علل دیگر (OTHER CAUSES)

علل بسیار دیگری نیز باعث آسیب دیدگی و ترک بتن می شوند که در سالهای اخیر شناسایی شده اند. بعضی از این عوامل دارای مشخصات خاصی بوده و کاربرد بسیار موضعی دارند. مانند تاثیر مخرب چربیها بر کف بتن کشتارگاهها، مواد اولیه در کارخانه ها و کارگاههای تولیدی، آسیب حاصله از عوارض مخرب فاضلابها و مورد استفاده قرار دادن سازه هایی که برای منظورها و مقاصد دیگری ساخته شده باشند، نه آنچه که مورد بهره برداری است. مانند تبدیل ساختمان معمولی به سردخانه، محل شستشو، انباری، آشپزخانه، کتابخانه و غیره. با این همه اکثر آنها را می توان در گروههای ذیل طبقه بندی نمود:

الف- ضربات و بارههای وارده (ناگهانی و غیره) در صورتی که موقع طراحی سازه برای این گونه بارگذاریها پیش بینیهای لازم صورت نگرفته باشد.

ب-اثرات جوی و محیطی

پ- اثرات نامطلوب مواد شیمیایی مخرب

ترک های سازه ای و معایب آن

در این اسلاید به بررسی انواع ترک بتن ،آجری و ترک در جوش سازه های فولادی پرداخته می شود.

ترک می تواند در اثر عوامل مختلفی از جمله زوال بتن یا خوردگی در اثر ساخت نادرست یا انتخاب نامناسب مصالح اصلی،اثر دما و جمع شدگی،نشست تکیه گاهی،حوادث طبیعی و … باشد.

ترک های سازه ای در عضوهایی مثل تیر،ستون ودال دیده می شود.ترک های موجی در تیر ها در نقاط با ممان ماکزیمم رخ می دهد که توانایی مقطع در تحمل ممان پایین است و آرماتورگذاری کافی وجود ندارد.

انواع ترک بتن

برخی از انواع ترک بتن

1- ترک خمشی :

هنگامی رخ می دهد که مقاومت خمشی مقطع پایین بوده و تار کششی بیشترین عرض را داشته و به سمت تارهای دیگر همگرا شده ومی تواند به تنهایی یا گروهی اتفاق بیفتد. این ترک در سلامت سازه تاثیر گذاشته و سریعا باید بررسی شود.

2- ترک برشی :

زمانی رخ می دهد که مقاومت برشی مقطع پایین بوده و در ناحیه با برش ماکزیمم که بیش ترین عرض در میانه عمق وجود دارد، رخ می دهد وبه سمت بالا و پایین گسترش یافته و به تنهایی یا گروهی اتفاق افتاده و تاثیر زیادی در سلامتی سازه داشته و باید رسیدگی شود.

3- ترک پیچشی :

در مقطع با مقاومت پیچشی پایین که عرض یکنواختی دارد اتفاق افتاده و در فرم مارپیچ و به تنهایی رخ می دهد.

4- ترک های مربوط به لغزش اتصالات میلگردها :

به دلیل انقطاع سریع میلگردها زمانی که مرز کافی در اتصالات وجود ندارد،اتفاق می افتد.

5- گسترش ترک در طول تیر :

به دلیل نبود تکنیک کافی حین ساخت ومشکل در قالب بندی اتفاق می افتد.

6- ترک کششی :

به دلیل نبود آرماتوربندی کافی در مقطع تحت کشش و پایین بودن کیفیت بتن اتفاق می افتد.

7- ترک ستون :

ترک های افقی به دلیل خوردگی آرماتورها و عدم طراحی مقطع ستون برای خمش اتفاق می افتد. ترک های اریب به دلیل درنظر نگرفتن نیروهای جانبی و پایین بودن مقاومت در تحمل بار محوری بوجود می آیند.

8- ترک های خوردگی :

به دلیل خوردگی آرماتورها ، عدم پوشش کافی وکیفیت پایین بتن اتفاق می افتد.

9- ترک های خمشی در دال :

به دلیل نقص در طراحی تحت بارگذاری، اضافه بار در مقطع وکیفیت پایین بتن اتفاق می افتد.

10- ترک های بالای خمشی در دال :

به دلیل توزیع ناکافی میلگردها و عدم امتداد کامل میلگرد اصلی اتفاق می افتد.

11- ترک های جمع شدگی در دال طره ای :

به دلیل نسبت آب به سیمان بالا در بتن ،عمل آوری نامناسب و عدم مهار در گوشه ها اتفاق می افتد.

12- ترک در اثر نشست پی

اصولا تعمیر صحیح ترک ها به دانستن علت وقوع و همچنین انتخاب روش درخور آن بستگی دارد، در غیر اینصورت تعمیرات ممکن است بصورت موقت باشند. لذا برای یک تعمیر موفق و همیشگی بایستی از عدم پیشروی علل ترک خوردگی کسب اطمینان نمود چراکه ممکن است پس از تعمیری بدون اعمال اصلاحات لازم مجددا عضو در ناحیه های دیگری از بتن دچار ترک خوردگی شود. بنابراین رفع علل ترک خوردگی برای مواجه نشدن با ترمیم موقت الزامی است.

 روش‌های رایج تعمیر و اصلاح ترک های اعضا بتنی:

– تزریق رزین اپوکسی.

– مسیر یابی و آب بندی ترک.

– بخیه زدن.

– افزدون میلگرد محاسباتی.

– حفاری و اتصال.

– خورانش ثقلی.

– پر کردن با گروت.

پر کردن ترک بتن با رزین اپوکسی

ترمیم ترک بتن

باید توجه داشت که تعیین این نوع موارد بر عهده مشاورین متخصصین با استفاده از ابزار تست ها و آزمایش های غیر مخرب و مخرب بتن صورت می پذیرد که چه نوع طرحی را برای مقاوم سازی مورد نظر در نظر بگیرند

تعمیر، بهسازی و مقاوم‌سازی سازه‌های بتنی

روش‌های بهسازی و مقاوم‌سازی سازه‌های بتنی بسیار متنوع و گسترده هستند و ممکن است در شرایط مختلف از روش‌های متفاوتی استفاده گردد. اما بر مبنای نتایج مطالعات فنی بهسازی و مهندسی ارزش، مقایسه چند معیار بر اساس تحلیل ریسک و تجربه برای انواع سازه‌های مورد نیاز به مقاوم‌سازیموثرترین و بهینه‌ترین  روش انتخاب می‌گردد. ملاحظات اصلی ترمیم و بهسازی سازه‌ها مطابق ذیل می‌باشد:

·         تثبیت و پایا سازی مصالح موجود

·         ارضای معیارهای کفایت سازه‌ای

·         سازگاری فیزیکی و شیمیایی و مکانیکی مصالح بهسازی با مصالح موجود

·         پیوستگی و انتقال نیروی بین مصالح جدید و قدیم

·         پایش دوام و مسائل نگهداری و بهره‌برداری

·         امکان‌پذیری و سهولت و قابلیت اطمینان کیفیت اجرا

·         اقتصاد طرح

·         حداقل ریسک طراحی و اجرا و بهره‌برداری

·         حصول حداکثر افزایش عمر مفید

پایا سازی و بهره‌گیری از مقاومت مصالح موجود در مرحله اولیه در  تعمیر سازه‌های بتن مسلح

پایا سازی و بهره‌گیری از مقاومت مصالح موجود یکی از روش‌های موثر برای بهینه نمودن طرح بهسازی و مقاوم‌سازی می‌باشد و می‌تواند بصورت های زیر انجام می‌شود:

·         استفاده از مواد بازدارنده خوردگی از نوع آلی و بر پایه امینه کربوکسیلات ( MCI) برای پایاسازی بتن مسلح جهت امکان استفاده از تسلیح موجود برای عملکرد درازمدت سازه در مواردی که آسیب در سازه از طریق فرایند خوردگی صورت پذیرفته است.

·         شرط دیگر استفاده از تسلیح موجود وجود قلاب یا مهار کافی برای تبادل نیرو بین بتن و فولاد در سازه‌های بتنی می‌باشد.

·         تزریق و دوخت ترک‌ها از دیگر الزامات پایا سازی بتن مسلح موجود است.

·         ترمیم سطحی بتن (خصوصاً در ناحیه کاور) بوسیله ملات های پایه سیمانی اصلاح شده با پلیمر و الیاف

MCI، به دلیل توانایی در مهاجرت به عمق بتن و رسیدن به سطح فلز تقویت‌کننده بتن و تشکیل یک لایه مولکولی محافظ روی سطح فلز می‌تواند موجب حفاظت آرماتور شود، زمانی که در تماس با آن قرار می‌گیرد. MCI می‌تواند هم حین ساخت بتن با افزوده شدن به آب یا مستقیماً به میکسر (Mixer) و هم برای سازه‌های بتنی موجود بکار رود. در سازه‌های بتنی موجود، MCI روی سطح سازه اعمال می‌شود و توسط خاصیت مویینگی (Capillary) به داخل سازه کشیده می‌شود. در واقع بتن مانند یک اسفنج عمل می‌کند و موجب مکش بازدارنده به داخل می‌شود. وقتی MCI در تماس با فولاد قرار می‌گیرد، یک جاذبه یونی به سطح فولاد (آرماتور) پیدا می‌کند و لایه مولکولی محافظ را روی آن تشکیل می‌دهد که تمایل آن به سطح فلز، خیلی بیشتر از آب، یون‌های کلراید و سایر عوامل خورنده است. در مواردی که عمق کاور بتن بالاتر از 7 سانتیمتر می‌باشد جهت حفاظت و کنترل خوردگی سازه‌های موجود می‌توان از روش تزریقMCI استفاده نمود.

شکل 1 : عملکرد حفاظتی بازدارنده خوردگی

شکل 2- استفاده از ماده MCI حاوی مواد پایه سیلیکاتی اببند بصورت پاششی بر روی سطح جهت حفاظت بتن (شکل سمت راست پروژه راه‌آهن اصفهان نائین)، تزریق مادهMCI در بتن (شکل وسط-پروژه مقاوم‌سازی پایه‌های پل راه‌آهن بندرعباس به فین) و حفاظت میلگردهای پایه‌های پل‌های بتنی در مرحله تعمیر و کندن کاور بتن (شکل سمت چپ-پروژه مقاوم‌سازی پل‌های راه‌آهن بندرعباس به حاجی‌آباد(

در مرحله تعمیر سازه‌ها در روش‌های جدید ملات های تعمیری الیاف دار اصلاح شده با پلیمر و حاوی مواد بازدارنده خوردگی تولید شده است که نیازهای پایا سازی و حفاظت سازه‌های موجود را در مرحله تعمیرات برآورده می‌سازد.

یکی دیگر از الزامات پایا سازی سازه‌های موجود تزریق و یا دوخت ترک‌ها در سازه‌های بتن مسلح می‌باشد. تزریق ترک‌ها در بتن با مواد پایه اپوکسی انجام می‌گردد. دوخت ترک‌ها می‌تواند بروش بخیه زنی (Stitching ) که در دستورالعمل‌های ACI 224-1R-93 جزییات آن موجود می‌باشد، صورت بپذیرد.

شکل 3 : جزئیات دوخت ترک‌ها بوسیله تسمه فلزی و چسب پایه اپوکسی

شکل 4 : جزئیات دوخت ترک‌ها بوسیله تسمه فلزی و چسب پایه اپوکسی در پروژه مقاوم‌سازی پل‌های محور قم به اراک

 استفاده از تسلیح خارجی در عملیات بهسازی و مقاوم‌سازی سازه‌ها

2-1- استفاده از تسلیح خارجی بروش استفاده از شیت الیاف FRP  و یا لمینیت FRP

الیاف کربن مصالح دارای مقاومت و سختی زیاد هستند که عمدتاً به دو شکل ورقه ، تسمه برای تقویت سازه‌های بتنی استفاده می‌شوند. استفاده از FRP  به دلیل داشتن مزیت‌های  سرعت اجرای بالا، وزن کم، عدم ایجاد محدودیت معماری و مقاومت بالا در عملیات مقاوم‌سازی و بهسازی سازه‌های بتنی توجیه‌پذیر می‌باشد. برای دال‌ها بتنی تقویت خمشی با ورقه برای سطوح کوچک و تسمه برای طول‌های متوسط و بلند استفاده می‌شود. استفاده از ورقه‌های الیاف کربن برای سطح زیر دال به دلیل اجرای بسیار مشکل در حالت متداول و قابلیت اطمینان چسبیدن ورق خصوصاً در حضور نیروهای دینامیکی و ارتعاشی به سطح عملاً مرسوم نیست .ملاحظات و ضوابط آئین‌نامه‌ای طراحی و استفاده از الیاف کربن در ACI440-2R-2008بطور مفصل ارائه شده و موارد مهم آن بصورت زیر می‌باشد:

·         نیاز به کنترل کیفی دقیق حین اجرا و اطمینان از استفاده از رزین و چسب سازگار با رزین الیاف

·         نیاز به نیروی ماهر آموزش دیده

·         نیاز به تسطیح و زیر سازی سطح برای نصب

·         نیاز به طراحی دست بالا برای کنترل مد شکست ناگهانی در حالت حدی نهایی

·         نیاز به لایه حفاظتی ملات برای برآورده نمودن معیارهای آتش‌سوزی

استفاده از FRP  در دور پیچ کردن کامل یا پوشاندن قسمتی از المان، موجب افزایش مقاومت برشی تیرها و ستون‌های بتنی می‌شود.  ایجاد محصورشدگی المان سازه‌ای با FRP همچنین می‌تواند باعث افزایش شکل‌پذیری اعضای تحت بارگذاری فشاری و خمشی و بهبود عملکرد لرزه‌ای سازه شود.

در یک عضو خمشی چسباندن FRP به ناحیه کششی بتن ، به گونه‌ای که الیاف موازی با محور طولی عضو باشد، باعث بهبود مقاومت خمشی در المان خواهد شد.

شکل 6 :  استفاده از لمینیت الیاف کربن در فرآیند مقاوم‌سازی پایه‌های پل‌های راه‌آهن محور بافق-بندرعباس

شکل 7 :  استفاده از ششت الیاف کربن در فرآیند مقاوم‌سازی پایه‌های پل‌های راه‌آهن محور بافق-بندرعباس

2-2- استفاده از تسمه فولادی در فرایند بهسازی و مقاوم‌سازی سازه‌ها

استفاده از تسلیح فولادی زیر سطحی و یا خارجی یکی از روش‌های متداول تقویت سازه‌ای بتنی است. تسلیح زیر سطحی با ایجاد شیار روی سطح بتن و نصب میلگرد یا تسمه با چسب مخصوص و پوشاندن آن در صورت لزوم با ملات ترمیمی انجام می‌شود. در حالت تسلیح روی سطح نیز فقط تسمه فولادی با چسب مخصوص و در صورت عدم کفایت انتقال برش توسط چسب، با اضافه نمودن بولت های برشگیر نصب می‌شود. ملاحظات این روش عبارت‌اند از:

·         استفاده از چسب مناسب برای ایجاد مکانیزم مناسب انتقال نیروی پیوستگی

·         استفاده از ماده پوششی مناسب ضد خوردگی روی فولاد بطوری که پیوستگی فولاد و بتن یا چسب تحت تاثیر قرار نگیرد.

·         نیاز به نیروی ماهر آموزش‌دیده

·         نیاز به تسطیح و زیرسازی سطح برای نصب یا ایجاد شیار برای قرار دادن تسمه در داخل آن

·         استفاده از تسلیح خارجی با فولاد از لحاظ ایین نامه‌ای محدودیت مقاومت بتن ندارد و برای مقاومت‌های کمتر از 17 مگاپاسکال ضوابط سازه‌های بنایی مسلح بر مبنای آیین‌نامه IBC می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد.

·         به لحاظ ایجاد امکان عملکرد تسمه‌ها و آرماتورها باهم لازم است ملات تعمیری استفاده شده در زیر کار سطح می‌بایست دارای چسبندگی در آزمایش Pull off حداقل معادل 4/1 مگا پاسکال و مقاومت فشاری حداقل معادل مقاومت بتن بستر باشد.

شکل 8  : مقاوم‌سازی دال پل‌های راه‌آهن محور قم به کاشان با استفاده از تسمه فلزی

شکل 9 : مقاوم‌سازی لاینینگ بتنی تونل راه تبریز-شیبلی با استفاده از تسمه فلزی

2-3- استفاده از روش فروسیمان در مقاوم‌سازی سازه‌ها

فروسیمان نوعی از بتن مسلح می­باشد که متفاوت از بتن مسلح یا تحکیم­یافته­ی معمولی می­باشد. در درجه اول از نظر اجزای تسلیح­کننده متفاوت بوده که دارای پخش منظم بوده و شامل مش چند­لایه با فاصله نزدیک که کاملاً در ملات سیمانی درگیر شده­است، می­باشد. فروسیمان شکل­گرفته از مواد کامپوزیتی رفتاری متفاوت در استحکام، تغییر شکل و کارهای نیازمند پتانسیل اجرایی نسبت به بتن معمولی داشته و بنابراین به ­عنوان نوعی مواد و مصالح جدا تقسیم­بندی می­شود.

ضوابط و چگونگی استفاده از تکنولوژی فروسیمان در فرآیند بهسازی سازه‌ها منطبق بر آیین‌نامه ACI 549-1R-93 می‌باشد. یکی از مصالح مورد استفاده  در تکنولوژی فروسیمان تری دی پانل‌های سه بعدی خرپایی می‌باشد. استفاده از پانل‌های سه بعدی پیش ساخته ضد خوردگی با تقویت موضعی با میلگرد، باعث افزایش سرعت و کیفیت اجرا و مقاومت برشی و کششی و قابلیت جذب انرژی می‌شود. این پانل‌ها از میلگردهای نورد سرد با مقاومت مشخصه جاری شدن حداقل700 مگاپاسکال بافته می‌شوند که در دو قطر 3 و 4 میلی‌متر با شبکه 10 در 10 سانتیمتر و میلگردهای مایل عرضی با زاویه 45 درجه می‌باشند.

این سیستم بدلیل سه بعدی بودن، انعطاف‌پذیری، پیوسته بودن و عدم نیاز به هرگونه اتصال عملاً تمام معایب سیستم‌های متداول را به مزیت تبدیل می‌نماید. قابلیت خم کردن دستی و نصب سریع و آسان از مزایای ویژه این پانل‌ها می‌باشد. مشخصات فنی مصالح و طرح بصورت زیر می‌باشد. برای تبدیل بتن پاشیده معمولی به بتن پاشیده پایا بطوری که بتواند نقش بتن معمولی را در طول عمر مفید سازه ایفا نماید لازم است موارد زیر در دستور کار قرار گیرد:

·         پایایی میلگردها و جلوگیری از خوردگی

·         کنترل و پیشگیری از ترک‌خوردگی بتن پاشیده

·         افزایش چسبندگی به میلگرد و کاهش تخلخل خصوصاً در بارهای ارتعاشی در زمان گیرش بتن پاشیده

·         افزایش میزان مقاومت الکتریکی محصول نهایی و دوام آن

·         آب‌بندی

جهت دستیابی به موارد فوق از راهکارهای زیر استفاده می‌شود:

·         اضافه نمودن افزودنی MCI جهت پایایی فولادها

·         اضافه نمودن الیاف پلیمری اصلاح شده به میزان متوسط 1 تا 3 کیلوگرم در مترمکعب جهت حذف ترک و کاهش نیاز به اجرای درز و میلگرد طولی

·         اجرای لایه غشای مایع آب‌بند

شکل 10 : طرح مقاوم‌سازی تونل ریزشی بلیتی شوشتر با استفاده از سیستم پانل تری دی پانل با میلگرد اضافی رویه و شاتکریت

2-4- ترمیم و بهسازی لرزه‌ای سازه‌های بنایی و سنگی

تعمیر سازه‌های بنایی و سنگی بوسیله بازیابی و پایا سازی ملات داخل بنایی‌های سنگی جهت امکان  استفاده از مقاومت فشاری و برشی واحد بنایی با عملیات تزریق مواد پایه سیمانی و یا آهکی اصلاح شده در توده سنگ  و انجام عملیات مقاوم‌سازی لرزه‌ای سازه‌های بنایی بروش تسلیح سطحی با میلگردهای با مقاومت بالا (هلی بار) می‌تواند صورت بپذیرد.

روش تسلیح سطحی با میلگردهای هلی بار که از روش‌های نوین بهسازی سازه‌های سنگی و بنایی موجود است، در حال حاضر یکی از مرسوم‌ترین راهکارهای بهسازی سازه‌های سنگی در دنیا می‌باشد. در این سیستم از میله‌های مهار فولادی ضد زنگ با مقاومت بالا به منظور ایجاد یک شبکه آرماتور برای مسلح سازی سازه استفاده می‌شود همچنین در محل تقاطع این شبکه آرماتور، از میله‌های فولادی که به صورت شعاعی داخل قوس قرار می‌گیرند استفاده می‌شود. تمام میله‌های مورد استفاده در این روش به وسیله‌ی رزین‌های مخصوص تزریق شده و با پوشش ایجاد شده روی آن‌ها هیچ‌گونه تغییری در ظاهر پل ایجاد نمی‌شود.  بطورکلی مزایای این سیستم عبارتند از:

·         اقتصادی، موثر و قابل اطمینان

·         افزایش مقاومت و شکل‌پذیری و بهبود مد خرابی بدون ایجاد سختی اضافی و توزیع نامتجانس بار

·         رفتار سازه‌ای بهبودیافته

·         اجازه‌ی حرکات عادی سازه در حین اجرا

·         طراحی بر اساس آنالیز کامپیوتری دقیق سازه

·         نصب سریع و همخوان

·         نصب مرحله‌ای و مقطعی

·         حداقل تغییرات در اصل و هویت پل و حفظ ظاهر اصلی

·         بدون اختلال در ترافیک راه و راه‌آهن

شکل 11 : چگونگی استفاده از روش تسلیح سطحی با هلی بار بصورت شماتیک

آب‌بندی سازه‌های موجود بروش آب‌بندی منفی

آب‌بندی سازه‌های موجود به دو روش مثبت و منفی صورت می‌پذیرد که در صورتی که دسترسی به سطح تماس بتن با آب وجود نداشته باشد می‌توان اجرای عملیات آب‌بندی را به روش منفی انجام داد. از مهمترین معایب این روش امکان ایجاد خوردگی در سازه بتن مسلح بدلیل مستغرق بودن آن در آب می‌باشد که می‌توان با بهره‌گیری از مواد بازدارنده خوردگی از نوع الی آرماتورهای سازه را محافظت نمود. کلیات روش و عملیات آب‌بندی بروش منفی در سازه‌های موجود بشرح ذیل می‌باشد:

·         استفاده از آنی گیرهای پایه سیمانی جهت کنترل نشت آنی آب

·         استفاده از ملات های تعمیری آب‌بند جهت تعمیر سطوح آسیب‌دیده به سبب نشت آب

·         اجرای یک و یا چند لایه مواد پلیمری پایه کریستالیزه شونده بر روی سطح ( لازم به توضیح می‌باشد مطابق آیین‌نامه ACI212-3-R استفاده از مواد پایه سیلیکاتی در سطوحی که در تماس با هد هیدرواستاتیکی آب قرار دارد مجاز نمی‌باشد)

در خصوص وجود درزهای اجرایی و یا انبساطی در سازه موجود می‌توان به یکی از دو روش زیر عمل نمود:

·         در صورت وجود درزهای اجرایی و انبساطی خشک که امکان نشت آب در آینده وجود دارد (مثلاً به دلیل عدم جاگذاری واتراستاپ) می‌توان از ماستیک های آب‌بند و شکل‌پذیر استفاده نمود.

·         در صورت وجود درزهای اجرایی و انبساطی دارای نشت آنی آب می‌توان از نوار هیبریدی آب‌بند آماده متشکل از یک لایه PVC، اکسید آلومینیوم و الیاف آرامید استفاده نمود.

شکل 12 :  پروژه آب‌بندی سطوح و درزهای لاینینگ تونل‌های خط 6 متروی تهران بروش آب‌بندی منفی

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