شرکت مقاوم سازی افزیر
پیشرو و متخصص در زمینه مقاوم سازی با مصالح ، تجهیزات و فن آوری نوین
شرکت مقاوم سازی افزیر
پیشرو و متخصص در زمینه مقاوم سازی با مصالح ، تجهیزات و فن آوری نوین
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
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.
استفاده از پیش تنیدگی خارجی برای مقاوم سازی تیر فولادی
یش‌تنیدگی خارجی جزء روش‌های نوین مقاوم سازی تیر فولادی می‌باشد.کابل های پیش‌تنیدگی بکار گرفته شده برای این کار از همان نوع کابل‌ها و مفتول های متداول در کارهای پیش‌تنیدگی هستند.
مقاوم سازی تیر فلزی بدین روش می‌تواند موضعی و یا کلی باشد. در حالت کلی نیروهای پیش‌تنیدگی که بـه سازه مقاوم شده القا می‌گردند، منجر به باز توزیع نیروهای داخلی گشته و باعث کاهش تنشها در اعضا نسبت به حالت اولیه آنها می‌شوند. با این حال ممکن است در برخی دیگر از اعضای سازه، پیش‌تنیدگی موجب افزایش تنش گردد. به همین دلیل در استفاده از پیش تنیدگی خارجی باید آنالیز تنش در سازه مقاوم سازی شده به دقت مورد بررسی قرار گیرد.
جدا از مسئله مهارها، به هنگام استفاده از کابلهای پیش‌تنیدگی یک سری المانهای اضافی که اکثراً شامل انواع مختلفی ازسخت کننده هاست، مورد نیاز است. این امر بویژه در پیش‌تنیدگی موضعی دیده می‌شود زیرا پیش‌تنیدگی، نیروهای متمرکز جدیدی شامل نیروهای محوری اضافی در اعضا بوجود می‌آورد، بنابراین اعضا باید بصورت موضعی برای حفظ پایداریشان تقویت شوند.
نمونه‌ای از روش‌های تقویت تیر فولادی
مقاوم سازی ستون بتنی
مقاوم سازی ستون بتنی مطابق آیین نامه‌های طراحی باید از حداقل بعد عرضی کافی برخوردار باشند. زمانی که ستونهای بتنی دارای نسبت طول به عرض زیاد می‌باشند تحت خمش‌های دو محوره دچار خرابی می‌گردند.
تقویت ستون بتنی به منظور افزایش مقاومت محوری، خمشی و برشی و همچنین برای افزایش ظرفیت شکل‌پذیری ستون در نزدیکی محل اتصال به تیر و مقاوم نمودن محل وصله‌های ضعیف نیز صورت می‌پذیرد.
در ستون های بتن مسلح خرابیهای ناشی از زلزله مربوط به شکستهای ناشی از طول وصله ناکافی، شکستهای ناشی ازبرش، خمش و اندرکنش برش و خمش، شکست ستون کوتاه و گسیختگیهای ناشی از کمانش میلگردهای طولی می‌باشد.شکست تُرد و برشی ستونهای بتنی به دلیل ماهیت ناگهانی آن بدترین نوع شکست می‌باشد. به همین دلیل همواره سعی بر آن است که مکانیسم کنترل کننده خرابی ستون بصورت خمشی باشد و ستون نباید به عنوان عضوی ضعیف در قاب سازه‌ای عمـل نماید. در شکل 1 نمونه‌ای از شکست برشی ستون دیده می‌شود.
مقاوم سازی ستون فولادی
عمده خرابی موجود در ستون های فلزی شامل کمانش موضعی و کلی و گسیختگی در محل درزها و وصله‌ها می‌باشد. این آسیب های نیاز به مقاوم سازی ستون فولادی زا نشان می دهد. در شکل (1) نمونه‌هایی از خرابی ستونهای فولادی نشان داده شده است.از جمله راه های مقاوم سازی ستون فولادی، اضافه نمودن ورق پوششی به بال ستون می‌باشد. این روش در شکل 2 نشان داده شده است. در این روش با افزایش ضخامت بال از کمانش موضعی بال ستون نیز جلوگیری می‌گردد.
اضافه نمودن ورق موازی با جان ستون و تبدیل آن به مقطع جعبهای منجر به مقاوم سازی ستون فولادی می‌شود. این روش در شکل 3 نشان داده شده است. اضافه نمودن ورق موازی با جان ستون، افزایش ممان اینرسی درامتداد موازی با جان را در پی دارد.
این روش برای مقاوم سازی مقاطع فولادی باز مانند مقاطع I و H بکار می‌رود. با محصور نمودن ستون فولادی، سختی آن افزایش یافته که این امر موجب بالا رفتن سختی برشی نیز می‌گردد. برای بالا بردن سختی خمشی ستون، باید روکش بتنی ستون فولادی در طبقات مختلف پیوسته باشد.
ترمیم ستون فلزی خورده شده با استفاده از ژاکت بتنی به عنوان راه حلی موثر توصیه می‌گردد (شکل 5). تقویت ستون فولادی با این روش در برابر آتش‌سوزی نیز مقاومت خوبی خواهند داشت.