روش های تقویت ستون های بتنی – مقاوم سازی ستون بتنی با FRP – برای تقویت و مقاوم سازی ستون های بتنی لازم است اول توضیحی در مورد ستون بدهیم.
ستون چیست؟
ستون نوعی سازه عمودی شکل است که برای انتقال و حمل بار ساختمان های بالایی با ساختارهای زیری ایجاد می شود. در مهندسی سازه به عضوی که نیروی فشار را تحمل می کند ستون می گویند پس ستون عاملی تعیین کننده است. از ستون ها به عنوان باربری محوری استفاده می کنند.
ستون های بتنی را بعد از مقطعشان از نظر ارتفاع به سه دسته تقسیم می شوند : ستون های بلند به ستونی گفته می شود که بعد از مقطع ، ارتفاع آن بالاتر از 12 است. ، ستون های کوتاه : ستونی که نسبت ارتفاع آن بعد از مقطع کمتر از 3 و بیشتر از 12 نباشد. ، پدستالها : به ستون عضوی که بعد از مقطع کمتر از 3 باشد می گویند.
تقویت و مقاوم سازی سازه های بتنی – تقویت و مقاوم سازی ستون های بتنی – مقاوم سازی ستون با FRP
توان‌بخشي (بهسازي)، روند و شيوه تعميركردن يا اصلاح كردن يك سازه به منظور دستيابي به شرايط بهره‌برداري جديد و يا افزايش عمر مفيد بهره‌برداري آن است.
مقاوم سازی ستون های بتنی
در واقع ما در طرح و اجرای مقاوم سازی به دنبال حصول شرایط جدید در سازه بتنی از نظر بهره برداری و یا بارگذاری می باشیم. عملیات مقاوم سازی ستون های بتنی می تواند به علل زیر مورد نیاز باشد :
· اشتباهات و مشکلات طراحی
· مشکلات و اشتباهات اجرایی
· تغییر در استانداردها و آیین نامه ها
· افزایش عمر مفید بهره برداری
· تغییر کاربری سازه
· افزایش طبقات و بار وارده
پر واضح است که در گزینه اول ما نیاز به شرایطی بوده ایم یا نیازمند آن می باشیم که به علت اشتباهات در طرح و اجرا الان دارای آن نبوده و نیازمند آن می باشیم که به آن برسیم . مانند زمانی که بتن نتوانسته مقاومت لازم را کسب نماید ، یا زمانی که ابعاد عضو باربر کوچک تر از ابعاد مورد نیاز اجرا گردیده است. همچنین این امر می تواند زمانی اتفاق بیافتد که ستون به صورت خارج از محور و یا دچار پیچش شده است.
در چهار گزینه بعد ، سازه در شرایط موجود مشکلی نداشته و شرایط جدید بهره برداری ایجاب می کند که تغییراتی از منظر باربری در سازه ایجاد گردد. به طور مثال سازه در زمانی طراحی و اجرا می گردد و پس از چند سال تغییراتی در آیین نامه طراحی مانند آیین نامه 2800 داده می شود که نیازمند اصلاح استراکچر سازه می باشد.
یا ما سازه ایی داریم که اکنون عمر مفید آن اتمام یافته و یا در شرف اتمام است و ما تصمیم داریم چند سال دیگر از سازه بهره برداری نماییم. همچنین ممکن است ما سازه و ساختمان داشته باشیم که طرح و اجرای ان براساس طاختمان مسکونی انجام شده باشد و در آینده ما تصمیم بگیریم از آن کاربری آموزشی و یا اداری داشته باشیم.
در خصوص گرینه آخر می توان ساختمانی را متصور شد که چند سال پس از احداث بنا به تغییرات قوانین و یا توجیهات اقتصادی تصمیم گرفته می شود طبقاتی به سازه اضافه گردد که قبلا پیش بینی نشده است.
در همه این موارد ما نیازمند ایت هستیم که باربری سازه را افزایش و به نقطه B برسانیم.
امروز روش های مختلفی برای مقاوم سازی و تقویت سازه های بتنی وجود دارد. هر یک از روش های دارای مزایا ، معایب و محدودیت هایی می باشند. از جمله مهمترین عوامل موثر در انتخاب روش تعمیر می توان به ابعاد و محدودیت های ابعادی در روش تعمیر ، محدودیت های معماری ، محدودیت ها افزایش باربری ، محدودیت های زمانی ، محدودیت های بهره برداری اشاره کرد.
برخی از انواع روش های مقاوم سازی سازه های بتنی به شرح ذیل می باشد
· استفاده از الیاف FRP
· ژاکت بتنی
· ژاکلت فلزی
· افزایش ابعاد عضو باربر
· افزایش ظرفیت برابر بستر ( مقاوم سازی فونداسیون )
· افزایش دیوارهای برشی
· افزایش اعضا باربر و کاهش بار وارده به عضو باربر
· …
لازم به ذکر است در پاره ای موارد ممکن است عملیات مقاوم سازی ستون های بتنی به صورت همزمان با فرآیند ترمیم و تعمیر انجام شود تا سازه موجود ابتدا به شرایط قابل بهره برداری رسید و سپس ظرفیت های آن ارتقاء داده شود.
روش های مقاوم سازی ستون های بتنی در ساختمان و سازه های صنعتی
تأثیر دورپیچ کردن ستونهای بتن مسلح (با مقطع دایروی) با مصالح FRP در رفتار خمشی ـ محوری
تا پیش از دهه 1990، دو روش مرسوم برای مقاوم سازی ستونهای بتن مسلح بی کفایت وجود داشت. یکی اجرای یک غلاف بتن مسلح اضافی به دور ستون موجود و دیگری استفاده از غلاف فولادی با تزریق دوغاب. استفاده از روش غلاف فولادی، به دلیل آنکه غلاف بتن مسلح فضای بیشتری اشغال کرده و وزن سازه را نیز افزایش می داد، فراگیرتر و مؤثرتر بوده است.
البته هر دو روش یاد شده، نیازمند نیروی کار زیاد بوده و اغلب برای انجام در کارگاه مشکل می باشند. همچنین غلاف فولادی در مقابل حمله شرایط جوی مقاومت کمی دارد.
در سالهای اخیر کاربرد روش مقاوم سازی ستونهای بتن مسلح با استفاده از مصالح FRP به جای غلاف فولادی بطور گسترده ای توسعه یافته است. مرسومترین شکل مقاوم سازی ستونهای بتن مسلح با مصالح FRP شامل دورپیچ کردن بیرونی ستون با استفاده از ورقها یا نوارهای FRP است.
مقاوم سازی ستونهای موجود بتن مسلح با استفاده از غلاف فولادی یا FRP بر مبنای این حقیقت استوار است که محصورشدگی جانبی بتن، سبب افزایش قابل توجه مقاومت فشاری محوری، محوری ـ خمشی و شکل پذیری ستون می گردد. مطالعات بسیاری در مورد مقاومت فشاری و رفتار تنش ـ کرنش بتن محصور شده با FRP انجام شده است.
این مطالعات بیانگرد آن هستند که رفتار بتن محصور شده با FRP با رفتار بتن محصور شده با فولاد متفاوت بوده و بنابراین توصیه های طراحی توسعه یافته برای ستونهای بتنی محصور شده با غلاف فولادی، علیرغم تشابه ظاهری، برای ستونهای بتنی محصور شده با FRP قابل کاربرد نیستند.
مشکلات اجرایی سازه های بتنی موجود و بهسازی آنها
حرکت استمراری علم در عرصه مهندسی سازه ـ زلزله موجب گردیده است تا نوسازی و بهسازی در سالهای در اخیر از روشهای نوین و مصالحی جدید بهره گیرد که در پیشینه طولانی ساخت و ساز سابقه نداشته است در میان این نوآوری ها FRP (مواد کامپوزیت پلیمری تقویت شده با الیاف) از جایگاه ویژه برخوردار می باشد تا آنجا که به نظر برخی از متخصصان FRP را باید مصالح ساختمانی هزاره سوم نامید.
کامپوزیت FRP که ابتدا در صنایع هوا و فضا بکار برده شد با داشتن ویژگی های ممتاز چون نسبت بالای مقاومت به وزن، به وزن، دوام در برابر خوردگی، سرعت و سهولت در حمل و نصب، دریچه ای نو پیش روی مهندسین عمران گشوده است به گونه ای که امروز سازه های متعددی در سرتاسر دنیا با استفاده از این مواد تقویت شدند استفاده از مصالح کامپوزیت به طور قابل توجهی در صنعت ساختمان یک بازار تکان دهنده و با سرعت در حال توسعه می باشد.
اولین تحقیقات انجام شده در این زمینه از اوایل دهه 1980 آغاز شده است، زلزله 1990 کالیفرنیا و 1995 کوبه ژاپن نیز از جمله عوامل موثرتری برای بررسی کاربرد کامپوزیت پلیمری تقویت شده با الیافFRP جهت تقویت و مقاوم سازی سازه های بتنی و بنایی در مناطق زلزله خیز گردید.
کاربرد ورق یا کامپوزیت FRP در مقاوم سازی سازه های بتن مسلح امروزه نگهداری از سازه ها به دلیل هزینه ساخت و تعمیر بسیار حائز اهمیت می باشد با مطالعه رفتار سازه های بتنی مشخص می شود عوامل متعددی مانند: اشتباهات طراحی و محاسبه، عدم اجرای مناسب تغییر کاربری سازه ها، آسیب دیدگی ناشی از وارد شدن بارهای تصادفی، خوردگی بتن و فولاد و شرایط محیطی از دوام آنها می کاهد ضمناً تغییر آیین نامه های ساختمانی (باعث تغییر در بارگذاری و ضرایب اطمینان می شود) نیز سبب ارزیابی و بازنگری مجدد طرح و سازه می گردد تا در صورت لزوم بهسازی و تقویت شود.
سیستمهای الیاف مسلح شده پلیمری FRP برای تقویت سازه های بتنی پدیدار شده و به عنوان یک جانشین برای روش های سنتی از قبیل چسباندن صفحات فولادی، افزایش سطح مقطع با بتن ریزی مجدد و پیش تنیدگی خارجی می باشد.
با توجه به معایب این روشها مانند بازدهی کم و یا نیاز به امکانات و فن آوری خاص امروزه روش های مقاوم سازی با استفاده از کامپوزیت توسعه روز افزون دارد.
محدودیت استفاده و کاربرد کامپوزیت در مهندسی ساختمان به قیمت بالای آنها برمی گردد البته هزینه و قیمت آنها به تدریج رو به کاهش می باشد به این ترتیب استفاده از آنها بیشتر و بیشتر خواهد شد. استفاده از FRP در زمینه مقاوم سازی ، هر چند که هزینه بالایی در بردارد، اما با توجه به هزینه اجرای کم و نیز سایر مزایای FRP، در کل به صرفه ترین و موثر ترین راه مقاوم سازی سازه های بتنی امروزه به شمار می رود.
در این حین، جهت استفاده صحیح و مناسب از این ماده و طراحی مقاوم سازی سازه های بتنی، آیین نامه ها، راهنماها و گزارشهایی در سراسر جهان منتشر گردید با توجه به شروع رشد و استفاده از مواد FRP ، در ایران تدوین راهنمایی برای طراحی مقاوم سازی به کمک این مواد، بسیار ضروری است
مقاوم سازی ستون های بتنی موجود با بکارگیری الیاف FRP
·
مقاومسازي اعضاي بتني با مصالح كامپوزيتي FRP روش نسبتا جديدي به شمار مي رود. مصالح FRP خواص فيزيكي مناسبي دارند كه مي توان به مقاومت كششي بالا و ضخامت و وزن كم آنها اشاره نمود . در ستونهاي بتني استفاده از FRP ضمن افزايش ظرفيت برشي ستون، مدگسيختگي آن را از حالت برشي به خمشي تغيير داده و شكل پذيري را به ميزان قابل توجهي افزايش مي دهد.
· دورپيچي اعضاي فشاري با الياف FRP باعث افزايش مقاومت فشاري آنها مي گردد . اين امر همچنين باعث افزايش شكل پذيري اعضا تحت تركيب نيروهاي محوري و خمشي مي شود.
· براي محصور كردن عضو بتني، لازم است راستاي الياف تا حد امكان عمود بر محور طولي عضو باشد . در اين وضعيت، الياف حلقوي مشابه تنگ هاي بسته يا خاموت هاي مارپيچي فولادي عمل مي كنند. در محاسبه مقاومت فشاري محوري عضو بايد از سهم الياف موازي با راستاي طولي آن صرفنظر گردد.
· هنگامي كه ستون يا عضو فشاري تحت بارهاي لرزه اي قرار مي گيرد، مسئله ظرفيت جذب انرژي و شكل پذيري ستون اهميت مي يابد. در ا ين ارتباط مقاوم سازي يا بهسازي آن عضو با افزايش شكل پذيري انجام مي گيرد.
مقاوم سازی ستون با استفاده از روكش بتني (Concrete jacket)
· روكش بتني شامل لایه اي از بتن، ميلگردهاي طولي و خاموت هاي بسته مي باشد. روكش بتني مقاومت خمشي و برشي ستون را افزايش مي دهد و افزايش شكل پذيري ستون در اين حالت كاملاً مشهود است.
· روكش بتن آرمه در مواردي كه ميزان شدت آسيب هاي وارده به ستون زياد باشد و يا ستون از ظرفيت كافي در برابر نيروهاي جانبي برخوردار نباشد، بكار گرفته ميشود.
· روكش بتني بسته به شرايط مي تواند دور تا دور ستون و يا در يك وجه آن اجرا شود.مناسب بودن طرح روكش بتني به پيوستگي آن با عضو بستگي دارد
· اگر ضخامت روكش بتني كم باشد، افزايش سختي در ستون مقاوم سازي شده محسوس نمي باشد.
· روكش بتني باعث افز ايش ابعاد ستون مي گردد كه علاوه بر مسائل معماري، وزن ساختمان را نيز افزايش ميدهد.
· روكش بتن آرمه در مواردي كه ميزان شدت آسيب هاي وارده به ستون زياد باشد و يا ستون از ظرفيت كافي در برابر نيروهاي جانبي برخوردار نباشد، بكار گرفته ميشود.
· روكش بتني بسته به شرايط مي تواند دور تا دور ستون و يا در يك وجه آن اجرا شود.مناسب بودن طرح روكش بتني به پيوستگي آن با عضو بستگي دارد
· اگر ضخامت روكش بتني كم باشد، افزايش سختي در ستون مقاوم سازي شده محسوس نمي باشد.
· روكش بتني باعث افز ايش ابعاد ستون مي گردد كه علاوه بر مسائل معماري، وزن ساختمان را نيز افزايش ميدهد.
مزایای استفاده از ژاکت بتنی
1. امکان اصلاح همزمان کليه مشکلات سختي و مقاومتي در قابهاي بتني
2. اصلاح اتصالات در قابها
3. امکان اصلاح باربري ثقلي ستونها
4. سهولت ايجاد پيوستگي بين اعضا
5. عدم نياز به پوشش ضد حريق
6. دخالت ناچيز در معمار
معایب استفاده از ژاکت بتنی
1. افزايش وزن قابل توجه در سازه
2. افزايش ابعاد تير و ستونها و کاهش فضاي مفيد
3. زمان زياد براي اجراي طرح
4. هزينه نسبتا زياد
5. نياز به قالب بندي و عمليات اجرايي متعدد
مقاوم سازی ستونها با استفاده از روكش فولادی (steel jacket)
· محصور نمودن ستون هاي بتني با پوشش فولادي (روكش فولادي) از ديگر روش هاي بهسازي لرزه اي ستون هاي بتني مي باشد.
· در اين روش، افزايش ناچيزي در ابعاد و وزن ستون بوجود مي آيد. موثر بودن اين روش منوط به سختي مناسب روكش در برابر تغيير شكل هاي جانبي بتن مي باشد.
· ورق هاي فولادي روكش در تمامي طول خود به هم جوش مي شوند و فضاي اندك بين روكش و ستون توسط ملات منبسط شونده پر ميگردد.
· براي بهبود عملكرد مجموعه مي توان از كاشت ميلگرد براي انتقال برش بين ورق و بتن استفاده نمود.
معایب و مزایای مقاوم سازی و تقویت ستون بتنی ژاکت فولادی steeljacket
· روكش فولادي مقاومت برشي و تا حدودي دورگيري ستون را افزايش مي دهد.
· در صورت عدم پيوستگي بين روكش هاي فولادي ستون در طبقات مختلف، ظرفيت نيروي محوري ستون افزايش نمي يابد.
· تا زماني كه نتوان ورق هاي روكش فولادي را به فونداسيون متصل كرد و پيوستگي بين روكش فولادي طبقات مختلف را از ميان دال ايجاد نمود، مقاومت خمشي ستون افزايش نمي يابد.
کلینیک فنی و تخصصی بتن ایران ، علاوه بر دفتر مرکزی خود واقع در تهران ، اشرفی اصفهانی ، گلزار سوم ، پلاک ، واحد 4 ، و نیز دفتر جنوب کشور خود، واقع در استان خوزستان ، شهرستان اهواز ، زیتون کارمندی ، فلکه پارک ، جنب بانک تجارت ، ساختمان 88 ، در بسیاری از استان های دیگر از جمله استان هرمزگان ( بندرعباس ، قشم، خارک و … ) ،
استان بوشهر ( شهرستان بوشهر ، عسلویه ، جم ، برازجان، کنگان و … ) ، استان اصفهان ( شهرستان اصفهان ، شهرضا، فولاد شهر، شاهین شهر ، زرین شهر ) ، استان یزد ، استان کرمان ، استان فارس ( شهرستان شیراز ، نورآباد ممحسنی ، جهرم و … ) ، استان کرمانشاه ، استان کردستان ( شهرستان سنندج ) ، استان لرستان ( خرم آباد ، بروجرد ، دورود، نورآباد ، الشتر و … ) ، استان آذربایجان شرقی و آذربایجان غربی
( شهرستان های تبریز و ارومیه ) ، استان اردبیل، استان زنجان، استان های خراسان رضوی ، خراسان جنوبی و شمالی ( شهرستان های مشهد ، بیرجند و … ) ، استان زاهدان ( شهرستان های زاهدان ، ایرانشهر ، زابل ، سیرجان، پیرانشهر و … )، استان البرز ( شهرستان کرج و … ) ، استان کاشان ، استان قم ( شهرستان قم ) ، استان مازندران ( شهرستان های ساری ، بابل ، بابلسر، نوشهر ، چالوس ، محمود آباد و … ) ، استان گیلان
( شهرستان های رشت ، بندرانزلی و … ) ، استان ایلام ( شهرستان های ایلام و دهلران، مهران و … )، استان همدان ( شهرستان های همدان ، تویسرکان و کبودرآهنگ ) ،استان گلستان ( شهرستان گرگان ) ، استان خوزستان ( شهرستان اهواز ، دزفول ، ماهشهر، سربندر ، آبادان ، خرمشهر ، بهبهان ، شوشتر، شوش ، مسجدسلیمان، رامهرمز ، گتوند و … ) ، استان چهارمحال بختیاری ( شهرکرد ) ، جزیره کیش ، کشور عراق
( استان بصره، الاماره و نجف ) ، کشور افغانستان ( کابل و هرات ) ، دارای دفاتر فروش و ارائه خدمات مهندسی می باشد. شما می توانید با مراجعه یا تماس با این دفاتر ضمن مشاور از خدمات و محصولات ارائه شده بهره مند شوید.