پروژه استادیوم باشگاه مس کرمان

تقویت و مقاوم سازی استادیوم باشگاه مس کرمان

براساس این قرارداد که فی مابین مجموعه کلینیک فنی و تخصصی بتن ایران ( شرکت ژرف تابان مهر ) و شرکت صنایع مس ایران منعقد گردیده است اقدام به اجرای ترمیم و مقاوم سازی استراکچر بتنی و رادیان های ورزشگاه مس کرمان پرداخته خواهد شد.

مدت این قرارداد 6 ماه و مبلغ اولیه قرارداد در حدود چهل میلیارد ریال  می باشد. از مشکلات این پروژه می توان به زمان کم ، گرمای محیط و ارتفاع 25 متری سازه ها ، شرایط خاص و دسترسی های سازه ، متغییر بودن دتایل های اجرایی اشاره کرد.

تقویت و مقاوم سازی سازه های بتنی

تقویت و مقاوم سازی پل های بتنی

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.

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 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 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.

مقاوم سازي پل هاي بتني

پلها سازه هاي حساسي هستند زيرا هر گونه صدمه به آنها باعث خسارات مالي و جاني در هنگام زلزله و بعد آن مي شود . با توجه به وقوع زمين لرزه هاي متعدد و آسيب ديدگي سازه ها به ويژه شريان هاي حياتي، به كارگيري انواع روش هاي مقاوم سازي و بهسازي لرزه اي در چند دهه اخير توسعه اي روز افزون يافته است. قبل از انجام مراحل مقاوم سازي، مطالعه بر روي سازه اهميت بالايي دارد که در اين بين پل ها به عنوان سازه هايي استراتژيك و مهم ، اهميتي دو چندان دارند. عدم تخريب پل و خارج نشدن از بهره برداري پس از يك زمين لرزه شديد از بسياري تلفات جاني و اقتصادي پس از حادثه خواهد كاست. در اين راستا و براي طراحي ايمني پل ها لازم بود كه آسيب هاي پل و دلايل اين آسيب ها شناخته شوند. اين مقاله به بحث و بررسي پيرامون انواع پل ها ، ساختارشان و همچنين روشهاي جديد مقاوم سازي آنها پرداخته است. 1 – تعريف پل پل يک سازه است که براي عبور از موانع فيزيکي از جمله رودخانه ها و دره ها استفاده مي شود.پلهاي متحرک نيز جهت عبور کشتيها و قايقهاي بلند از زير آنها ساخته شده است.

2 – تاريخچه پل ايجاد گذرگاهها و پلها براي عبور از دره ها و رودخانه ها از قديمي ترين فعاليتهاي بشر است. پلهاي قديمي معمولا از مصالح موجود در طبيعت مثل چوب و سنگ والياف گياهي به صورت معلق يا با تيرهاي حمال ساخته شده اند.پلهاي معلق از کابلهايي از جنس الياف گياهي که از دو طرف به تخته سنگها و درختها بسته شده و پلهاي با تير حمال از تيرهاي چوبي که روي آنها با مصالح سنگي پوشيده مي شد، ساخته شده اند. ساخت پلهاي سنگي به دوران قبل از روميها بر مي گردد که در خاور ميانه و چين پلهاي زيادي بدين شکل برپا شده است. در اروپا نيز اولين پلهاي طاقي را 800 سال قبل از ميلاد مسيح، براي عبور از رودخانه ها از جنس مصالح سنگي ساخته اند. اغلب پلهاي ساخته شده توسط روميها از طاقهاي سنگي دايره شکل با پايه هاي ضخيم تشکيل يافته است.در ايران نيز ساختن پلهاي کوچک وبزرگ از زمانهاي بسيار قديم رواج داشته و پلهايي نظير سي و سه پل، پل خواجو و پل کرخه بيش از 400 سال عمر دارند. از قرن يازدهم به بعد روشهاي ساختن پلها پيشرفت قابل توجهي نمود و به تدريج استفاده از دستگاههاي فشاري از مصالح سنگي و آجر با ملاتهاي مختلف و دستگاههاي خمشي از چوب متداول گرديده و تا اوايل قرن بيستم ادامه يافت. شروع قرن بيستم همراه با استفاده وسيع از پلهاي فلزي و سپس پلهاي بتن مسلح مي باشد. از اوايل قرن نوزدهم ساخت پلهاي معلق، قوسي يا با تير حمال از آهن آغاز شد. اولين پل معلق از آهن در سال 1796 به دهانه 21 متر در آمريکا ساخته شد، همچنين در سال 1850 يکي از مهمترين پلهاي با تير حمال از جنس آهن متشکل از دو دهانه 140 متر و دو دهانه 70 متري در انگلستان ساخته شد.

3 – پل ها و انواع آن :

3-1 – پلهاي چوبي: اين پلها معمولا” به شکل قوسي، با تيرهاي مشبک و يا تيرهاي حمال ساخته شده و در حال حاضر استفاده از آنهابه صورت موقتي مي باشد.

3-2 – پلهاي سنگي: با توجه به مقاومت مناسب فشاري مصالح سنگي، بسياري از پلهاي طاقي از اين مصالح ساخته شده اند.نظر به کمبود افراد سنگ کار و زمان نسبتا طولاني لازم براي تهيه مصالح و اجراي سازه، امروزه استفاده از اين پلها محدود مي باشد.

3-3 – پلهاي بتني: در بسياري از پلهاي طاقي شکل، در حال حاضر از بتن، با توجه به مقاومت فشاري مطلوب آن به جاي سنگ استفاده مي شود.

3-3-1 – پلهاي بتن مسلح: با توجه به روش اجرا و نحوه بتن ريزي، پلهاي بتن مصلح را مي توان از مقاطع مختلف و با اشکال دلخواه ساخت. با وجود اين استفاده از مقاطع ساده در جهت کاهش بهاي قالب بندي همواره مورد نظر است.در بعضي از حالات استفاده از سيستم پيش ساختگي باعث حذف اجزاء نگهدارنده قالبها و در نتيجه صرفه جوئي قابل ملاحظه مي شود.

3-3-2 – پلهاي بتن پيش تنيده: با پيشرفت اين تکنيک، به تدريج در دامنه وسيعي از ابنيه فني،پلهاي بتن پيش تنيده جايگزين پلهاي فلزي و پلهاي بتن مسلح شده اند. بدين ترتيب با صرف هزينه کمتر، پلهاي با دهانه بزرگ ساخته مي شوند. از طرف ديگر استفاده از اين مصالح امکان به کارگيري تکنيک هاي جديد پل سازي را مي دهد.

3-4 – پلهاي فلزي: اين پلها به اشکال مختلف، با تيرهاي حمال معمولي يا تيرهاي مشبک فولادي، با قوس يا قالبهاي فلزي، نورد شده از ورق و المانهاي اتصالي ساخته شده اند. در ساخت اين پلها گاهي نيز از آلياژهاي سبک يا مقطع مرکب استفاده مي گردد. استفاده از فولاد در ساخت پلهاي فلزي از قرن گذشته شروع و با عنايت به مقاومت کششي و فشاري مطلوب اين مصالح در سطح وسيع متداول گرديد.باتوجه به فزوني بهاي توليد، معمولاً نيمرخهاي فولادي داراي ضخامت ناچيز بوده و در نتيجه علاوه بر مسئله زنگ زدن و خوردگي، خطر بروز ناپايداري هاي الاستيک نيز همواره موجود مي باشد. پلهاي فلزي را مي توان با توجه به نوع سيستم باربر به شرح زيرطبقه بندي نمود: پل باتيرهاي حمال – پل قوسي – پل با کابلهاي باربر

3-4-1 – پل با تيرهاي حمال : اين پلها از متداول ترين انواع مورد استفاده براي دهانه هاي متوسط (تا250 متر)مي باشند . تيرهاي حمال معمولا به صورت شبکه هاي فلزي مقاطع جعبه اي يا تيرهاي مرکب تو پر ساخته شده و تغيير شکل بسيار محدودي خواهند داشت. شبکه هاي فلزي معمولآ سبک بوده اما با توجه به خصوصيات ظاهري آنها ،کمتر در مناطق شهري مورد استفاده قرار مي گيرند.در حالت کلي اين پلها را نيز مي توان به شرح زير تفکيک نمود:

3-4-2 – پل با تيرهاي حمال جانبي : در اين حالت تيرهاي حمال جانبي معمولآ از شبکه هاي فلزي تشکيل شده و اجزاء اصلي باربر تابليه مي باشند. در شرايطي که عرض پل محدود باشد ( کمتر از14 متر ) مي توان از اين سيتستم استفاده نمود.

3-4-3 – پل با تير هاي حمال تحتاني: در اين حالت تيرهاي حمال عمومآاز نوع تيرهاي مرکب با جان تو پر ( که از چند ورق فلز با اتصال پيج پرچ يا جوش تشکيل شده اند ) مي باشند. تيرهاي حمال با ارتفاع ثابت يا متغير ساخته شده و در نتيجه ضمن حصول منظره مناسب صرفه جوئي مهمي نيز در مصرف مصالح خواهد شد. همچنين در بعضي شرايط مي توان سبستم متشکل از تيرها يا حمال تحتاني را با يک مقطع جعبه‌اي جايگزين نمود.

3-5 – پل قوسي : پل قوسي، پلي است با تکيه گاه هاي انتهائي در هر طرف، که شکلي نيم دايره مانند دارد. پلي که از رشته اي از قوسها تشکيل شده باشد، پل دره اي ناميده مي شود. پل قوسي ابتدا توسط يوناني ها و از سنگ ساخته شد. بعدها، روميان باستان از ملات در پل هاي قوسي خود استفاده کردند. با توجه به اصول مقاومت مصالح، شعاع قوس وابعاد اين پلها را طوري انتخاب مي کنند که بارهاي قائم وارده تبديل به يک نيروي فشاري در امتداد قوس شود. بنا براين در مناطقي با کيفيت خاک مناسب،مي توان دهانه هاي بزرگ ( تا حدود500متر) را با پلهاي قوسي طي نمود.

3-6 – پل ترکه اي: در اين پلها،تابليه به صورت يک صفحه صلب از يک طرف روي پايه هاي کناري (کوله ها) و دو پايه بلند مياني و از طرف ديگر به طور الاستيک روي کابلهاي مورب تکيه نموده است. اين کابلها در تمام طول پل گسترش مي بابند بار وارده را به پايه هاي بلند مياني منتقل مي نمايند. کابلهاي ذکر شده را مي توان در دو صفحه قائم و به طور موازي در دو طرف تابليه قرار داده و يا در جهت عرضي نيز به طور مورب و در امتداد محورطولي پل به پايه مياني متصل نمود. همچنين در بعضي شرايط مي توان از يک مجموعه کابل که در امتداد محور طولي پل قرار مي گيرند استفاده نمود. پايه هاي مياني پل به شکل I ، A يا H طرح شده و معمولآ از فولاد يا بتن مسلح مي باشد،پلهاي ترکه اي به تعداد زياد و تا دهانه 500 متر ساخته شده اند. 3-7 – پل معلق: در اين پلها نيز تابليه به صورت يک صفحه صلب روي پايه هاي کناري و مياني تکيه نموده است .

4 – نگهداري پل: با توجه به مخارج سنگين انجام شده براي اجراي ابنيه بتني،مسئله نگهداري دقيق اين سازه ها در برابر آب و باد دو يخبندان از اهميت خاصي بر خوردار است. در مناطقي که بستر رودخانه سست بوده و در اثر طغيان آب امکان شسته شدن داشته باشد بايد وضعيت آن را در اطراف پل بعد از طغيانهاي مختلف مورد برسي قرار داد تا با تدابير مختلف از خالي شدن خاک اطراف پي ها و در نتيجه تخريب پايه ها جلوگيري شود. لايه عايق کاري و آسفالت کف جاده بايد طوري انجام شود که از نفوذ و باقي ماندن آب در جسم پل جلوگيري شود. بعد از پايان ساختمان پل و قبل از تحت سرويس قرار گرفتن،المانهاي مختلف آنرا بايد به دقت مورد بازديد قرار داد تا مشخص شود تحت بارهاي دائمي و دستگاههاي ساخت،تغيير شکل ها و ترک هاي پيش بيني نشده در آن ايجاد نشده باشد، همچنين بعد از آزمون بار گذاري که تحت شديد ترين بارگذاري ممکنه در طول دوره سرويس قرار مي گيرد، بايد کليه تغيير شکلهاي ايجاد شده و فلش مقاطع بحراني، ترک هاي احتمالي، نشست پايه ها، تغيير فرم دستگاههاي تکيه گاهي و اتصالات مختلف به دقت مورد برسي قرار گيرند. در طول دوره بهره برداري نيز در زمانهاي مشخص بايد قسمتهاي مختلف پل مورد بازديد قرار گيرند به عنوان مثال:در پلهاي فلزي که احتمال از بين رفتن اتصالات پيچ و جوش، زنگ زدن المانها و خوردگي آنها و بروز نا پايداريهاي الاسيتک موجود است. اين بازديدها بايد به طور مداوم و حداقل هر پنج سال يکبار انجام شده و براي جلو گيري از تخريب قطعات، آنها را با مواد مناسب پوشانيد. همجنين در مورد پلهاي بتن پيش تنيده شده وضع دستگاههاي مهارتي و کشش کابلها مورد بررسي قرار گرفته و با انجام عمل تزريق به نحو مناسب، از زنگ زدگي کابلها جلوگيري به عمل آيد.

5 – تعيين طول پلها : به دليل ملاحظات اقتصادي وسازه اي تاحد ممکن طول پلها را کوتاه در نظر مي گيرند اما بايد دانست که شکل هندسي شرايط جريان در رودخانه پيوسته در حال تغيير است و کوتاه شده طول پل باعث تمرکز تنش جريان در محدوده احداث پل گرديده وموجب آبشستگي کف و کناره ها مي گردد اين موضوع در هنگام وقوع سيلاب به حالت بحراني مي رسد و ممکن است باعث تخريب پل گردد بنابر اين طول پل بايد طوري انتخاب شود که پايداري رودخانه در محدوده احداث پل حفظ گردد بر اساس تحقيقات انجام شده بازه هاي پايدار رودخانه، بازه هايي هستند که تغييرات چنداني در طول يک يا چند سال نداشته باشند از مفهوم بازه پايدار براي تعيين عرض تعادل رودخانه ها استفاده مي گردد عرض تعادل با استفاده از مفاهيم روابط تجربي رژيم روش نيروي برکنش و مفهوم توان جريان استخراج مي گردد. روابط رژيم بر اساس معادلات تجربي بين دبي جريان آب و رسوب عمق عرض و شيب رودخانه ها با بستر شني نشان مي دهد.

6 – تعيين ارتفاع پلها : محدوديت هاي سازه اي و اقتصادي خاکريزهاو جاده هاي طرفين مسائل کشتيراني و قايقهاي تفريحي و ظرفيت آبگذري مهمترين عوامل تعيين کننده ارتفاع پل مي باشند ظرفيت آبگذري پل به حداکثر دبي جريان گفته مي شود که پل با اطمينان از خود عبور مي دهد اين مقدار جريان به هندسه مقطع پل و تکيه گاه ها شکل پايه هاي پل عرض تنگ شده رودخانه و ارتفاع پل بستگي دارد. با تعيين عرض تعادل رودخانه (يا همان طول پل ) دبي سيلاب طراحي براي محل و شکل مقطع پل و پايه هاي آن و ارتفاع پل محاسبه مي گردد دبي سيلاب طراحي بر اساس اهميت سازه از نظر ارتباطات تجارت و همچنين ريسک شکست و وارد آمدن خسارت انتخاب مي گردد. اغلب دبي طراحي عبور سيلاب براي پلها را با دوره برگشت 50ساله بطور خلاصه مي توان گفت براي شرايطي که سطح شالوده بالاي بستر باشد، سرعت و اندازه گردابها بستگي به ابعاد و ارتفاع و عرض نسبي پايه نسبت به شالوده دارد يعني اينکه در اين حالت شالوده به عنوان يک عامل بازدارنده، خود باعث تشکيل گردابهاي قويتري مي گردد که با گرداب حاصل از پايه ترکيب شده و آبشستگي را تشديد مي نمايد. در حالت دوم (سطح قانوني شالوده داخل حفره آبشستگي است)سيستم گردابهاي ايجاد شده ضعيفتر از حالت اول مي باشد و حتي در زماينکه سطح فوقاني شالوده به اندازه کافي به سمت بالا دست گسترش مي يابد، گرداب ايجاد شده توسط پايه بر روي سطح شالوده هيچگونه تاثيري در سيستم ايجاد شده توسط پايه ندارد. انتخاب عمق شالوده پايه ها و به همين ترتيب براي تکيه گاهها با در نظر گرفتن حداکثر آبشستگي و موارد فوق الذکر در مورد پايه هاي مستطيلي صورت مي گيرد.

7 – شيوه هاي نوين مقاوم سازي: براي مقاوم سازي قطعات تيرهايي که در معرض بارگذاري مضاعف قرار دارند و يا براي تقويت عملکرد قطعات مقاوم سازي نشده مي توان به جاي استفاده از سيستم هاي معمولي مقاوم سازي مانند اتصال ورقه فلزي و شاتکريت از سيستم هاي نويني مانند سيستم tyfo استفاده کرد. تيرهايي که در معرض آسيب ديدگي قرار دارند به واسطه فرسايش يا اثر تخريبي ديگر مي توانند با اين سيستم مرمت سازي شوند. زماني که به واسطه تقويت خمشي تيرک مقاوم سازي مي شود، براي معرفي شکل جديد برش و جلوگيري از شکست برش ترد شدگي دقت زيادي بايد صورت گيرد. تطابق پذيري اين امکان را فراهم مي سازد تا تيرک ها براي در اختيار داشتن توان برشي افزوده و انعطاف پذيري بيشتر دورپيچي شوند، در برخي موارد براي اضافه نمودن سختي و کاهش انحراف ها اين سيستم ها مي توانند موثر واقع شوند. سيستم هاي tyfo تا به امروز روي سازه هاي زيادي نصب شده اند. مهاربندي (انکوريج)مکانيکي براي حصول اطمينان از انعطاف پذيري بلند مدت قطعات اتصالي بسيار مهم است. انکورهاي سيستم نقش انتقال فشارهاي کششي بين سطح و ورقه کامپوزيتي را دارند بدين ترتيب انعطاف پذيري بلند مدت قطعه تضمين مي شود. استفاده از انکوريج (مهاربندي) مقدار درخواست اتصال بيشتر و توان کششي بتن را کاهش مي دهد. از دستورالعمل هاي آزمايش ASTM براي ارزيابي خصوصيات اتصال سطح بتن قبل از بهره گيري از سيستم کامپوزيتي مي توان استفاده کرد. اين سيستم باعث افزايش توان برشي و انعطاف پذيري گونه هاي مختلف قطعات ساختماني مي شوند.

7– 1 – شيوه هاي نصب : آماده سازي سطح براي اتصال استفاده از لايه رويي اپوکسي tyfo نصب الياف يا انکورهاي معمولي در محل هاي بحراني استفاده از کامپوزيت Fibrwrap در پروژه استفاده از سيستم نهاييtyfo

7-2- موارد استفاده از تيرک : مقاوم سازي و تعمير تير سر آزاد اسکله ها با کامپوزيت شيشه اي SHE مرمت سازي تير I شکل آسيب ديده با کامپوزيت کربن SEH و کامپوزيت هاي شيشه اي SHE استفاده از کامپوزيت در محل هاي اتصال ستون- تير

7-3 – مورد استفاده در کلاهک پوششي ستون اسکله : در حدود هزار پروژه اتصال تير-ستون در کاليفرنيا اجرا شد که در آن از سيستم Fyfo SEH استفاده شده است. بر اساس طراحي انجام شده اين کار هم سبب افزايش ظرفيت برشي مي شود و هم اتصال را محصور مي کند. به عنوان بخشي از طراحي بولتهاي مياني استفاده شد، به عبارت ديگر Tyfo FCF (مقاوم سازي در برابر آتش) به عنوان سيستم براي بدست آوردن نسبت مقاومت لازم در مقابل آتش براي الياف استفاده گرديد.

مراجع:

[1] – ” طرح جديدي از ديوارهاي مقاوم در برابر برخورد و انفجار با استفاده از بتن و صفحات فولادي ” – علي بيرامي شهابي – مجموعه مقالات کنفرانس مقاوم سازي زلزله اي دانشگاه امير کيير 1385 [2]- ” فلسفه بهسازي خاک وسازه در برابرزمين لرزه و پديد ه هاي ناشي از آن ” – عليرضا ميرزاگل تبار روشن – مجموعه مقالات کنفرانس مقاوم سازي زلزله اي دانشگاه امير کيير 1385 [3]- ” معرفي و بررسي مشخصات و کاربرد و نحوه عملکرد مصالح کامپوزيت و نوين در مقاوم سازي لرزه اي ساختمانهاي بتن مسلح و مصالح بنايي موجود – آرلن اسکندري- مجموعه مقالات کنفرانس مقاوم سازي زلزله اي دانشگاه امير کيير 1385 – [4]بررسي اثرات توپوگرافي بر پاسخ لرزه‌اي آبرفت”؛ پروژه کارشناسي ارشد خاک و پي، محمدرضا دهقاني‏، دانشگاه صنعتي شريف، ديماه 1375. [5]” مجموعه سخنراننيها سمينار آموزشي اثرات زلزله در ساختمان هاي متفاوت “، مرکز تحقيقات ساختمان و مسکن (1364) [6]- ” ديناميک سازه ها و تعيين نيروي زلزله”، آنيل چوبرا ، ترجمه شاپور طاحوئي (1377) 7- طرح و آناليز و اجراي سازه هاي توريسنگي (گابيون) ؛ محمود جوان ، مهدي فرشاد ، ناصر طالب بيدختي ، پرهام جواهري ؛ معاونت امور آب جهاد سازندگي . 8- Earthquake Engineering Research, ‘Loma PRIETA Collection, University of California”, Berkeley 9- ‘Northridge Earthquake of 2003 reconnaissance report’, (2004), Earthquake Engineering Research institute, Earthquake Spectra, Supplement C to Volume 11 10- EQE International (1995). The January, 2003 Kobe earthquake; An EQE Summary Report, April 11-Richardson.G.N & Feger.A & Lee. K.L, “Seismic testing of reinforced earth walls”, journal of geotechnical engineering, Div. ASCE 103 (1), 1977, pp. 1-17. 12-Wilkins.M.L., “Fundamental methods Hydrodynamics”, Journal of Methods in computational phsics, Vol.3, 1964, pp. 211-263.

الیاف FRP چیست ؟

فیبرهای پلیمری تقویت شده FRP یا همان Fiber Reinforced Polymer/Plastic ها را می‌توان برای ترمیم یا تقویت و بهسازی انواع سازه‌های بتنی با تصب بر روی سطح (دالها و تیرها، ستون‌ها، دیوارهای حمال، شناژها و فونداسیون) و در ساختمان‌های مسکونی، اداری و تجاری، ساختمان‌های صنعتی، تکیه‌گاه‌های ماشین‌الات و تاسیسات سنگین، سازه‌های آبی از قبیل سد، کانال، کالورت و غیره، پل‌های جاده‌ای و ریلی، مخازن و منابع آب و مایعات، سیلوها و برج‌های خنک‌کننده به کار برد.

با پیشرفت‌های علم و فناوری، امروزه متخصصین امر ساخت وساز سعی می‌کنند به تکنولوژی ساخت مواد جدیدی دست یابند که علاوه بر انجام وظیفه‌های در نظر گرفته شده از جنبه‌های دیگر مؤثر بر سازنده مانند وزن، مقاومت، راحتی کاربرد و طول عمر نیز برتری‌هایی داشته باشند. یکی از این مواد که دارای مزیت‌های شمرده شده می‌باشند کامپوزیت‌های پلیمری می‌باشند. این مواد قابلیت استفاده به صورت‌های مختلف و در قسمت‌های مختلف سازه را دارند.

مطالب :

۱ روش الیاف کربنی (FRP)

۲ روش الیاف پلیمری

۳ ورقه‌های اف‌آرپی

۴ تعمیر و تقویت اعضاء خمشی به وسیله FRP

۵ تاریخچه

۶ مقدمه

۷ ساختار مصالح FRP

۸ الیاف شیشه

۹ الیاف کربن

۱۰ الیاف آرامید

۱۱ مقاوم‌سازی سازه‌های بتن آرمه با مواد FRP

۱۲ ورقه‌های اف‌آرپی

روش الیاف کربنی (FRP) : عوامل بسیاری در طبیعت سبب آسیب رساندن به سازه‌های بتنی و غیر بتنی می‌شود که می‌توان به عوامل محیطی چون آب، باد، خاک و آسیب‌هایی چون توفان، سیل، زمین لرزه و همچنین عوامل میکانیکی و نیروگاهی و … نیز یاد نمود که با پیشرفت تکنولوژی در ترمیم سازه‌های بتنی و تداوم این بستر فرآورده‌های ویژه‌ای جهت بازسازی این نوع آسیب‌ها ساخته شده است. از این فرآورده‌ها می‌توان الیاف کربنی (FRP) را نام برد. ورق الیاف کربنی سبک، بافته شده از الیاف کربنی سبک است که برای پایدار سازی به کار می‌رود، این فرآورده برای مواردی چون: جایگزین نمودن میلگردهای از بین رفته، افزایش تاب و شکل پذیری ستونها، افزایش تحمل بار در سازه‌ها، تغیر کاربری در سازه‌ها، طراحی جهت رفع عیوب، تاب در برابر تکانه‌های لرزشی و جلوگیری از بروز مشکلات ناشی از زمین لرزه بکار می‌رود. کاربرد چند کاره برای برطرف کردن هر نوع نیاز به مقاوم‌سازی، نرمش پذیری، ژئومتری سطح (تیرها، ستون‌ها، دودکشها، دیوارها و …) و چگالی پایین جهت افزایش کمینه وزن به سازه، افزاینده تاب خمشی و کششی، پایداری در برابر مواد شیمیایی و شرایط محیطی، افزایش قدرت باربری بدون فرسودگی از ویژگی‌های این فرآورده هستند.

روش الیاف پلیمری : بازسازی و تقویت ویژه جهت کارهای مقاوم‌سازی و بازسازی بتن استفاده از مواد تعمیراتی ویژه و یا مواد تعمیراتی با الیاف پلیمری می‌باشد که از بهترین مارک‌های آن می‌توان lanko (فرانسه)، xypex (کانادا)، forsroc (انگلستان) و sika (سوئد) و همچنین مواد nano تکنولوژی را نام برد که این مواد تعمیراتی جهت زیر سازی ستونها و تیرها و دال‌ها و دیوارها بسیار کارا هستند و نیز از این مواد می‌توان به عنوان عایق نیز استفاده نمود. از ویژگیهای آن می‌توان دوغاب تیکسوتروپ، چسبندگی بالا، پایداری مکانیکی اولیه و نهایی بسیار بالا، مقاوم به آب دریا و آبهای سولفاتی و بدون مشکل زیست محیطی یاد کرد .

ورقه‌های اف‌آرپی : ورقه‌های FRP (فیبرهای پلیمری تقویت شده) نوعی ماده کامپوزیت متشکل از دو بخش فیبر یا الیاف تقویتی است که به وسیله یک ماتریس رزین از جنس پلیمر احاطه شده است. فیبرهای FRP به روش پلی اکریلونیتریل(PAN) ساخته می‌شوند و میلگردها و پروفیل‌ها به روش پالتروژن (Pultrusion) تولید می‌گردند که در این روش دسته‌های الیاف پس از آغشته شدن با رزین پس از عبور از یک قالب در کنار هم قرار گرفته و یک پروفیل دارای مقطع ثابت را به وجود می‌آورند. محصولات پلیمری مورد استفاده در سازه‌ها به شکل ورق هایFRP، میلگردهای FRP، مش‌های FRP و پروفیل‌های FRP وجود دارد. از این محصولات برای ساخت و تقویت سازه‌ها استفاده می‌شود.

تعمیر و تقویت اعضاء خمشی به وسیله FRP : وزن کم، انعطاف‌پذیری بالا، سهولت حمل و نقل، سرعت عمل بالا، راحتی برش در اندازه‌های دلخواه، سادی اجرا و امکان تقویت به صورت خارجی از عمده مزایای FRPها در ترمیم سازه‌های بتنی نسبت به سایر روش‌ها می‌باشد. چسباندن FRP به ناحیه کششی بتن در اعضای خمشی در طول مورد نظر سبب افزایش ظرفیت خمشی مقطع خواهد شد.

تاریخچه : به علت نیاز روزافزون به استفاده از مواد ترکیبی برای دستیابی به خواص و هملکردهای مطلوب استفاده از مصالح کامپوزیت به طور قابل توجهی در صنعت ساختمان رو به رشد بوده و با سرعت فوق‌العاده در حال توسعه می‌باشد. اولین تحقیقات انجام شده در این زمینه از اوایل دهه ۱۹۸۰ آغاز شد. اما زلزله‌های سال ۱۹۹۰ کالیفرنیا و ۱۹۹۵ کوبه ژاپن عامل مهم ومؤثری جهت بررسی همه‌جانبه کاربرد کامپوزیت‌های پلیمری ساخته شده از الیاف FRP جهت تقویت و مقاوم‌سازی بتنی و بنایی در مناطق زلزله خیز گردید. این مطالعات که دامنه و وسعت آن روز به روز در حال افزایش است زمینه‌ای وسیع جهت استفاده از این کامپوزیت‌ها را در سازه‌های نیازمند به تقویت، بهسازی و یا ترمیم فراهم نموده است. هم اکنون تعداد زیادی از محققان و پژوهشگران صنعت سازه در سراسر جهان در حال بررسی، مطالعه و انجام آزمایشات تقویت سازه‌ها با کامپوزیت‌های FRP می‌باشند.

بسیاری از سازه‌های بتن آرمة موجود در دنیا در اثر تماس با سولفاتها، کلریدها و سایر عوامل خورنده، دچار آسیب‌های اساسی شده‌اند. این مساله هزینه‌های زیادی را برای تعمیر، بازسازی و یا تعویض سازه‌های آسیب دیده در سراسر دنیا موجب شده است. این مساله و عواقب آن گاهی نه تنها به عنوان یک مسالة مهندسی، بلکه به عنوان یک مسالة اجتماعی جدی تلقی شده است. تعمیر و جایگزینی سازه‌های بتنی آسیب‌دیده میلیون‌ها دلار خسارت در دنیا به دنبال داشته است. از مواردی که سازه‌های بتن آرمه به صورت سنتی مورد استفاده قرار می‌گرفته، کاربرد آن در مجاورت آب و نیز در محیط‌های دریایی بوده است. در محیط‌های ساحلی و دریایی، خاک، آب زیرزمینی و هوا، اکثراً حاوی مقادیر زیادی از نمکها شامل ترکیبات سولفور و کلرید هستند. در یک محیط دریایی نظیر خلیج فارس، شرایط جغرافیایی و آب و هوایی نامناسب، که بسیاری از عوامل خورنده را به دنبال دارد، با درجة حرارت‌های بالا و نیز رطوبت‌های بالا همراه شده که نتیجتاً خوردگی در فولادهای به کار رفته در بتن آرمه کاملاً تشدید می‌شود. در مناطق ساحلی خلیج فارس، در تابستان درجة حرارت از ۲۰ تا ۵۰ درجة سانتیگراد تغییر می‌کند، در حالیکه گاه اختلاف دمای شب و روز، بیش از ۳۰ درجة سانتیگراد متغیر است. این در حالی است که رطوبت نسبی اغلب بالای ۶۰ درصد بوده و بعضاً نزدیک به ۱۰۰ درصد است. به علاوه هوای مجاور تمرکز بالایی از دی‌اکسید گوگرد و ذرات نمک دارد. به همین جهت است که از منطقة دریایی خلیج فارس به عنوان یکی از مخرب‌ترین محیط‌ها برای بتن در دنیا یاد شده است. در چنین شرایط، ترک‌ها و ریزترک‌های متعددی در اثر انقباض و نیز تغییرات حرارتی و رطوبتی ایجاد شده، که این مساله به نوبة خود، نفوذ کلریدها و سولفاتهای مهاجم را به داخل بتن تشدید کرده، و شرایط مستعدی برای خوردگی فولاد فراهم می‌آورد.

ساختار مصالح FRP : مواد FRP از دو جزء اساسی تشکیل می‌شوند؛ فایبر (الیاف) و رزین (مادة چسباننده). فایبرها که اصولاً الاستیک، ترد و بسیار مقاوم هستند، جزء اصلی باربر در مادة FRP محسوب می‌شوند. بسته به نوع فایبر، قطر آن در محدودة۵ تا ۲۵ میکرون می‌باشد. رزین اصولاً به عنوان یک محیط چسباننده عمل می‌کند، که فایبرها را در کنار یکدیگر نگاه می‌دارد. فایبر ممکن است از شیشه، کربن، آرامید باشد که در اینصورت محصولات کامپوزیت مربوطه به ترتیب به نامهای GFRP،CFRP،AFRP شناخته می‌شود.

الیاف شیشه

فایبرهای شیشه در چهار دسته طبقه‌بندی می‌شوند؛

E-Glass: متداول ترین الیاف شیشه در بازار با محتوای قلیایی کم، که در صنعت ساختمان به کار می‌رود.

Z-Glass: با مقاومت بالا در مقابل حملةقلیائیها، که در تولید بتن الیافی به کار گرفته می‌شود.

A-Glass : مقادیر زیاد قلیایی که امروزه تقریباً از رده خارج شده است.

S-Glass: که در تکنولوژی هوا-فضا و تحقیقات فضایی به کار گرفته می‌شود و مقاومت و مدول الاستیسیتة بسیار بالایی دارد.

الیاف کربن : الیاف کربن در دو دسته طبقه‌بندی می‌شوند؛ ۱- الیاف کربنی از نوع PAN در سه نوع مختلف هستند. تیپ I که تردترین آنها با بالاترین مدول الاستیسیته محسوب می‌شود. تیپII که مقاوم‌ترین الیاف کربن است؛ و نهایتاً تیپ III که نرمترین نوع الیاف کربنی با مقاومتی بین تیپ Iو IIمی‌باشد. ۲– الیاف با اساس قیری (Pitch-based) که اساساً از تقطیر زغال سنگ بدست می‌آیند. این الیاف از الیاف PAN ارزان‌تر بوده و مقاومت و مدول الاستیسیتة کمتری نسبت به آنها دارند. لازم به ذکر است که الیاف کربن مقاومت بسیار خوبی در مقابل محیط‌های قلیایی و اسیدی داشته و در شرایط سخت محیطی از نظر شیمیایی کاملاً پایدار هستند.

الیاف آرامید : آرامید، یک کلمة اختصاری از آروماتیک پلی‌آمید است. آرامید اساساً الیاف ساختة دست بشر است که برای اولین بار توسط شرکت DuPont در آلمان تحت نام کولار (Kevlar) تولید شد. چهار نوع کولار وجود دارد که از بین آنها کولار ۴۹ برای مسلح کردن بتن، طراحی و تولید شده است.

مقاوم‌سازی سازه‌های بتن آرمه با مواد FRP :  مواد مرکب FRP، دامنة وسیعی از کاربردها را برای مقاوم‌سازی سازه‌های بتن‌آرمه در مواردی که تکنیک‌های مرسوم مقاوم‌سازی ممکن است مسئله ساز باشند، به خود اختصاص داده‌اند. برای نمونه، یکی از معمول‌ترین تکنیک‌ها برای بهسازی اجزاء بتن آرمه، استفاده از ورق‌های فولادی است که از بیرون به این اجزاء چسبانده می‌شود. این روش، روشی ساده، مقرون به صرفه و کارا است؛ اما از جهات زیر مسئله ساز است: ۱- زوال چسبندگی بین فولاد و بتن که از خوردگی فولاد ناشی می‌شود. ۲- مشکلات ساخت صفحات فولادی سنگین در کارگاه ساختمان. ۳- نیاز به نصب داربست. ۴- محدودیت طول در انتقال صفحات فولادی به کارگاه ساخت (در مورد مقاوم‌سازی خمشی اجزاء بلند). نوارها یا صفحات می‌توانند جایگزینی برای صفحات فولادی باشند. مواد FRP برخلاف فولاد، تحت تأثیر زوال الکتروشیمیایی قرار نمی‌گیرند و می‌توانند درمقابل خوردگی اسیدها، بازها و نمک‌ها و مواد مهاجم مشابه در دامنة وسیعی از دما مقاومت کنند. در نتیجه نیاز به سیستم‌های حفاظت از خوردگی نمی‌باشد وآماده‌کردن سطوح اعضاء قبل از چسباندن صفحات FRP و نگهداری از آن‌ها بعد از نصب، از صفحات فولادی آسان‌تر است. علاوه بر این، الیاف مسلح‌کننده در FRP می‌توانند در موضع معین و در نسبت حجمی و جهت خاصی درون ماتریس قرارگیرند تا بیش‌ترین کارایی به‌دست آید. مواد حاصله تنها با درصدی از وزن فولاد، مقاومت و سختی بالایی در جهت الیاف دارند. آن‌ها همچنین حمل و نقل آسان‌تری داشته، نیازمند داربست کمتری برای نصب می‌باشند، و می‌توانند برای مکان‌هایی که دارای دسترسی محدود هستند، مورد استفاده قرار گیرند؛ و پس از نصب، بار اضافی قابل‌توجهی را به سازه تحمیل نمی‌کنند.

روش مرسوم دیگر در مقاوم‌سازی اعضای بتن‌آرمه، استفاده از پوشش‌هایی از نوع بتن‌آرمه، بتن پاشیدنی و یا فولاد می‌باشد. این روش تا جایی که مربوط به مقاومت، سختی و شکل پذیری می‌شود، کاملاً مؤثر است؛ اما باعث افزایش ابعاد مقاطع و بار مردة سازه می‌شود. همچنین این شیوه نیازمند عملیات پر دردسر و تخلیة ساکنین است و به صورت بالقوه باعث افزایش نامطلوب سختی اعضای بتن‌آرمه می‌شود. به‌عنوان یک جایگزین، صفحات می‌توانند به دور اجزاء بتن‌آرمه پیچیده شوند و افزایش قابل توجه مقاومت و شکل پذیری را به دنبال داشته باشند؛ بدون آن‌که تغییر FRP زیادی در سختی ایجاد نمایند. یک نکتة مهم در ارتباط با مقاوم‌سازی اعضا با استفادة خارجی از آن است که باید درجة مقاوم‌سازی ( نسبت ظرفیت نهایی عضو مقاوم‌شده به ظرفیت نهایی عضو مقاوم نشده) را محدود کنیم تا حداقل سطح ایمنی در حوادثی مانند آتش‌سوزی که منجر به از دست رفتن کارایی می‌شوند، حفظ گردد.

ورقه‌های اف‌آرپی : از جمله سازه‌های تقویت شده با ورقه‌های FRP در ایران برج کنترل فرودگاه بین‌المللی قشم، طرح توسعه پتروشیمی رجال ، ساختمان هلال احمر امیدیه ، ساختمان فرهنگسرای جاییزان ، مساکن مهر آبادان و شوشتر و … می باشد.

هدف از مقاوم سازی:

• افزایش مقاومت برشی
• افزایش عمر و دوام
• کنترل ترک
• افزایش مقاومت در برابر خوردگی

مقاوم سازی ستونها با تکنولوژی FRP

برای مقاوم سازی ، تقویت و افزایش مقاومت ستونهای بتنی و فولادی در برابر زلزله، سایش، خوردگی، حرارت، آتش سوزی و یا باز گرداندن ستون به عملکرد دلخواه می‌توان از FRP Wrap ها استفاده کرد. بدین ترتیب ضمن افزایش مقاومت خمشی و برشی ستون، مقاومت در برابر مواد شیمیایی نیز افزایش یافته و عمر سازه و شکل پذیری آن از طریق محصور شدگی با FRP افزایش می‌یابد.

نوع المان سازه ای:

• ستونهای بتنی
• لوله های بتنی
• ستونهای فولادی
• لوله های فولادی

هدف از مقاوم سازی با FRP:

• افزایش مقاومت خمشی
• افزایش مقاومت برشی
• افزایش مقاومت فشاری
• کنترل گسترش ترک
• افزایش دوام و عمر
• افزایش شکل پذیری
• ترمیم ناشی خوردگی
• افزایش مقاومت در برابر خوردگی

نصب و اجرای مصالح FRP

الیاف و مصالح مختلف FRP می‌توانند نوسط روشهای دستی، روش دور پیچی با دستگاه مکانیزه (ماشینی)، دستگاه آغشته ساز الیاف،  عمل آوری سریع در محل اجرا و یا از طریق روش انتقال تزریق رزين (Resin Transfer Molding) بدون نیاز به حفاری (Trench less) بر روی المانهای مورد نظر نصب گردد. مراحل گام به گام اجرای الیاف FRP برای تقویت و مقاوم سازی به شرح زیر است:

1. آماده سازی سازه مقاوم سازی: قبل از انجام هرگونه تقویت با ورقه های FRP بایستی درصورت نیاز بتن تخریب شده را جدا کرده و در صورت رسیدن به آرماتور خورده شده اقدامات مربوط به ترمیم آنها یا تعویض آنها را انجام دهیم و سپس با مصالح یکنواخت سطح آنها را بپوشانیم.

2. آماده سازی سطح: پس از تعمیر سازه آسیب دیده، سطح آن کاملا صاف شده و نامنظمی ها و زوایای تند و تیز گوشه ها به وسیله ماسه پاشی Send Blast، ماله، فشار آب Water Jet یا ساب کاملا گرد می شود.

3. به کار بردن آستری یا پرایمر FRP: برای افزایش چسبندگی و جلوگیری از جدایش ورقه FRP  از لایه چسب یا رزین اپوکسی بین بتن و ورقه، با غلتک یک لایه اپوکسی FRP با لزجت کم به طور موضعی روی سطح موردنظر به عنوان پرایمر می‌مالند.

4. بتونه کردن سطح مقاوم سازی: یک لایه چسب FRP با ویسکوزیته بالا برای پرکردن خلل و فرج و فرورفتگیها در محلهای مورد نیاز به کار برده می شود. چسبندگی مناسب الیاف یا لمینت FRP با اجرای مستقیم مصالح ترمیم بر روی لایه زیرین که به درستی آماده شده است حاصل می‌شود.

5. بریدن شیت FRP: بر روی یک سطح تمیز و آماده که عاری از هر گونه آلودگی، چسب و ناصافی است ورقه FRP مطابق مشخصات و جزئیات ارائه شده بریده می شود.

6. اشباع کردن الیاف FRP: در پروژه های بزرگ مقاوم سازی ورقه ها با دستگاههای گرداننده خاص در کارخانه اشباع می شوند و لایه اپوکسی یا ماتریس رزین به آن اضافه می شود و فقط کافی است در محل مورد نظر چسبانده شود ولی در کارهای کوچکتر در محل کارگاه رزین FRP روی سطح موردنظر مالیده شده سپس ورقه FRP خشک و بدون چسب بر روی سطح بتن چسبانده می شود.

7. کاربرد  مصالح FRP: الیاف را با دقت روی سطح هموار و بدون هیچ گونه آلودگی، حباب هوای محبوس به صورت کاملا صاف و مستقیم دقیق می چسبانند.

8. نظارت بر کنترل کیفیت FRP: در زمان عمل آوری 2 تا 6 ساعت بسته به شرایط حاکم، سطح مقاوم سازی شده با FRP چک و کنترل می شوند تا هیچ گونه حباب هوا بین لایه FRP و بتن حبس نشده باشد و خم شدگی یا بیرون زدگی (Sagging) وجود نداشته باشد و ناظرهای تربیت شده ای برای کنترل کیفیت FRP استفاده می شود.

9. اطمینان از کیفیت اجرای مقاوم سازی با FRP: گزارش های کنترل کیفیت تهیه شده و به خوبی نگهداری می شوند تا اطمینان از اجرای موفقیت آمیز ترمیم ، تقویت و تعمیر با FRP حاصل شود.

10. لایه رویه FRP: پس از عمل آوری و نظارت بر کیفیت اجرای مقاوم سازی، ورقه های FRP به منظور حفاظت، نگهداری و حفظ زیبایی و معماری با یک لایه بتن رویین یا ماده ای دیگر پوشانده می شوند.

مشخصات عمومی محصولات کامپوزیتی FRP:

مشخصات کلی و مکانیکی کامپوزیتهای FRP به شرح زیر می‌باشد:

مقاومت FRP در مقابل خوردگی

بدون شك برجسته‌ترین و اساسی‌ترین خاصیت سیستم های كامپوزیتی FRP مقاومت FRP در مقابل خوردگی و خصوصیات فنی بالای الیاف و صفحات FRP در مقاوم سازی است. در حقیقت این خاصیت ماده FRP تنها دلیل نامزد كردن آنها به عنوان یك گزینه جانشین برای اجزاء فولادی و نیز میلگردهای فولادی است. به خصوص در سازه‌های بندری، ساحلی و دریایی و همچنین در سازه های مرتبط با نفت ، پتروشیمی و پالایشگاهی مشخصات فنی مناسب كامپوزیت FRP در مقابل خوردگی، سودمندترین مشخصه میلگردهای FRP است.

مقاومت FRP

مصالح FRP معمولاً مقاومت كششی بسیار بالایی دارند، كه از مقاومت كششی فولاد به مراتب بیشتر است. مقاومت كششی بالای مواد FRP كاربرد آنها را برای سازه‌های بتن آرمه، خصوصاً برای سازه‌های پیش‌تنیده بتنی و مقاوم سازی بسیار مناسب نموده است. مقاومت كششی مصالح FRP اساساً به مقاومت كششی، نسبت حجمی، اندازه و سطح مقطع فایبرهای FRP بكار رفته در آنها بستگی دارد. مقاومت كششی محصولات FRP برای میله‌های با الیاف كربن 1100 تا 4900 Mpa ، برای میله‌های با الیاف شیشه تا 2300 Mpa، و برای میله‌های با الیاف آرامید تا MPa 1650 گزارش شده است. چنین مشخصات فنی بالا اهمیت مقاوم سازی با FRP را بیش از بیش روشن می سازد.

مدول الاستیسیته FRP

مدول الاستیسیته الیاف FRP اكثراً در محدوده قابل قبولی قرار دارند. مدول الاستیسیته FRP ساخته شده از الیاف كربن، شیشه و آرامید به ترتیب در محدوده 200 تا 230 ، 70 و GPa 60 گزارش شده است. برای مقاوم سازی و تقویت بتن از این الیاف استفاده می شود.

وزن مخصوص FRP

وزن مخصوص FRP به مراتب كمتر از وزن مخصوص فولاد است؛ به عنوان نمونه وزن مخصوص كامپوزیتهای CFRP یك سوم وزن مخصوص فولاد است. نسبت بالای مقاومت به وزن در الیاف FRP از مزایای عمده آنها در كاربردشان به عنوان تقویت و مسلح كننده بتن محسوب می شود.

عایق بودن FRP

مصالح FRP خاصیت عایق بودن بسیار عالی دارند. به بیان دیگر، این مواد از نظر مغناطیسی و الكتریكی خنثی بوده و عایق مناسبی محسوب می‌شوند. بنابراین استفاده از بتن مسلح به FRP به جای استفاده از میل گردهای فولادی در قسمتهایی از بیمارستان كه نسبت به امواج مغناطیسی حساس هستند. و در مسیرهای هدایتی قطارهای شناور مغناطیسی و همچنین در باند فرودگاهها و مراكز رادار بسیار سودمند خواهد بود.

مقاومت خستگی FRP

خستگی خاصیتی است كه در بسیاری از مصالح ساختمانی وجود داشته و در نظر گرفتن آن ممكن است به شكست غیر منتظره، خصوصاً در اجزایی كه در معرض سطوح بالایی از بارها و تنش‌های تناوبی قرار دارند، منجر شود. در مقایسه با فولاد، رفتار مصالح FRP در پدیده خستگی بسیار عالی است؛ به عنوان نمونه برای تنش‌های كمتر از یك دوم مقاومت نهایی، مواد FRP در اثر خستگی گسیخته نمی‌شوند و مناسب مقاوم سازی با FRP در بتن می باشند.

خزش FRP

پدیده گسیختگی ناشی از خزش اساساً در تمام مصالح ساختمانی وجود دارد؛ با این وجود چنانچه كرنش ناشی از خزش جزء كوچكی از كرنش الاستیك باشد، عملاً مشكلی بوجود نمی‌آید. در مجموع، رفتار خزشی كامپوزیت‌های FRP بسیار خوب است؛ به بیان دیگر، اكثرFRP های در دسترس، دچار خزش نمی شوند.

چسبندگیFRP با بتن در مباحث مقاوم سازی

خصوصیت چسبندگی، برای هر ماده‌ای كه به عنوان مسلح كننده بتن بكار رود، بسیار مهم تلقی می شود. تحقیقات اخیر در دنیا مقاومت چسبندگی خوب و قابل قبولی را برای میله‌های كامپوزیتی FRP در مقاوم سازی بتن گزارش می كند.

برای مشاهده مشخصات شیت های کربن، شیشه و آرامید و میلگرهای FRP شرکت کلینیک فنی و تخصصی بتن ایران لطفا به قسمت محصولات وبسایت مراجعه کنید.

کاربردهای FRP

به دنبال فرسوده شدن سازه‌های زیر‌بنایی و نیاز به تقویت و مقاوم سازی سازه‌ها برای برآورده کردن شرایط سخت‌گیرانه طراحی طبق نشریه های جدید، طی دو دهه اخیر تأکید فراوانی بر روی تعمیر و مقاوم‌سازی ساختمان ها در سراسر جهان، صورت گرفته است. از طرفی، بهسازی لرزه‌ای سازه‌ها بخصوص در مناطق زلزله‌ خیز، اهمیت فراوانی یافته است. در این میان تکنیک‌های استفاده از مواد مرکب FRP بعنوان مسلح‌ کنندة خارجی به دلیل خصوصیات و مشخصات فنی الیاف CFRP و GFRP، از جمله مقاومت بالا، سبکی، مقاومت شیمیایی و سهولت اجرا، در مقاوم‌سازی و تقویت سازه‌های بتنی و فولادی اهمیت ویژه‌ای پیدا کرده‌اند. از طرف دیگر، این تکنیک‌ها به دلیل اجرای سریع و هزینه‌های کم مورد پسند جامعه مهندسی برای کاربرد FRP قرار گرفته است.

دلیل دیگر استفاده از صفحات و پروفیل های FRP و کاربرد آن در داخل بتن، جلوگیری از پدیده خوردگی در برابر اسید های قوی و افزایش عمر سازه در برابر ارتعاش زلزله می باشد. هرچند که استفاده از پروفیل FRP به جای فلز سبب کاهش وزن بنا نیز خواهد شد، اما در استفاده از این صفحات، مساله کاهش وزن اهمیت ناچیزی نسبت به دو مورد بیان شده دارد. دلیل بالا بودن عمر کامپوزیت های FRP خواص غیر کشسان الیاف است. در حالی که مواد فلزی حالت کشسان داشته و انرژی جذب شده را میرا می نمایند. بنابراین مواد کامپوزیتی FRP در برابر ارتعاشات زلزله عملکرد بهتری خواهند داشت و بهترین گزینه جهت مقاوم سازی ساختمان FRP خواهد بود (برای مقابله با زلزله).  مصالح پلیمری یا کامپوزیتی FRP در واقع به عنوان پوشش های محافظتی، مقاومت سازه را در برابر مواد شیمیایی بسیار خورنده (محیط های اسیدی قوی)، مولکولهای پر تحرک و آشفته آب، دمای بالا و سایش افزایش می دهد. استفاده از این پوشش ها به همراه کامپوزیتهای FRP ضمن افزایش مقاومت المانهای زیر، آنر نفوذناپذیر و عایق نیز می کند.

آزمایش و تست FRP

استفاده از الیاف FRP روش بسیار مناسبی برای ترمیم و تقویت سازه های بتنی در مباحث مقاوم سازی در شرایط محیطی مختلف از جمله شرایط محیطی مهاجم خوردنده می باشند. این الیاف استحکام کششی و مدول الاستیسته بسیار بالایی نسبت به مصالح دیگر در مقایسه با وزن خود دارند. با توجه به کاربرد بسیار مفید، حساس و گسترده الیاف FRP، باید کنترل هایی بر کیفیت این محصولات قبل و بعد از اجرا صورت گیرد تا از علمکرد صحیح این الیاف اطمینان پیدا کنیم. لذا شایسته است که طبق استاندارد ها و نشریه های بین المللی FRP معتبر آزمایشاتی را انجام بدهیم.

از جمله آزمایشاتی که قبل از اجرای مقاوم سازی صورت می گیرد آزمایش مقاومت کششی الیاف FRP می باشد. این تست برای بدست آوردن ظرفیت نیروی کششی و کرنش کششی نهایی صورت می گیرد .نتایج بدست آمده از این آزمایش برای تعیین مشخصات مصالح، کنترل کیفیت و تضمین، طراحی و تحلیل و … مورد استفاده قرار می‌گیرد. این تست طبق استاندارد ASTM D3039 انجام می‌پذیرد.

آزمایش مهم دیگری که بعد از اجرای ورقه های CFRP و GFRP جهت کنترل کیفیت و تضمین اجرای تقویت و مقاوم سازی سازه صورت می گیرد آزمایش Pull off می باشد. تست Pull off در مقاوم سازی با FRP برای کنترل کیفیت و یکپارچگی در عملکرد، ناشی از چسبندگی مناسب سیستم FRP به سطح صورت می گیرد.