مشاوره ، ارائه طرح و اجرای مقاوم سازی سازه های بتنی

مقاوم سازی، مشاور دارای صلاحیت – مجری پروژه های تعمیرات و مقاوم سازی سازه های بتنی

بخش مهندسی هلدینگ کلینیک فنی و تخصصی بتن ایران ( شرکت ژرف تابان مهر ) دارای رتبه صلاحیت مهندسین مشاور سازه و مقاوم سازی و رتبه پیمانکار ابنبه با تخصص 20 ساله در زمینه تعمیرات و مقاوم سازی سازه های بتنی ، آماده مشاوره و ارائه خدمات به شرکتها و کارفرمایان محترم می باشد.

 

 

مقاوم سازی سازه چیست ؟

سازه های بتنی و البته فلزی ، بنا به دلایل مختلفی می توانند نیازمند ارزیابی، تعیر و یا مقاوم سازی باشند. بخشی از این عوامل را می توان به مشکلات و اشتباهات طراحی ، مشکلات و آسیب های بهره برداری ، مشکلات و اشتباهات ساخت، حریق ، افزایش طبقات ، تغییر کاربری ، تغییر آیین نامه ها و استانداردها، بارهای ضربه ای ، زلزله ، نشست، افزایش عمر مفید سازه بر شمرد.

در این مواقع، لازم است تا مشکلات ابتدا ارزیابی، تعیین و سپس طراحی و براساس طرح بدست آمده تعمیر یا مقاوم سازی شوند. امروزه روش های مختلفی در راستای تعمیر و مقاوم سازی سازه های بتنی وجود دارد که هر کی بسته به مبحث، نوع مشکل ، حجم ، شرایط بهره برداری نیازمند به کارگیری روش های مقتضی می باشد.

 

برخی از روش های  مقاوم سازی را می توان به روش های ذیل تقسیم نمود 

• استفاده از کامپوزیت های پلیمری ( الیاف FRP )
• چاق کردن با استفاده از بتن و میلگرد
• استفاده از ژاکت فلزی
• استفاده از المان های فلزی برای توزیع بار
• استفاده از لایه های تقویتی در اسلب و دالها
• اضافه کردن ستون و المان های فلزی و کاهش دهانه ها و بار وارده
• و غیره

هر یک از این روش های یا سایر روش های موجود می توانند متاثر از علت و مقدار آن ، اکسپوز یا نبودن و محیط بهره برداری به کار گرفته باشند. لذا باید توجه داشته همواره باید کنترل های کفی در این زمینه نیز صورت گیرد تا از عملکرد فرآیند اطمینان حاصل کرد. این امر ممکن است بر پایه تست های پیش از کار و یا تست های کنترل کیفی و بارگذاری باشد.

 

فرآیند مقاوم سازی سازه های بتنی

یکی از چالش‌های مقاوم‌سازی سازه‌های بتنی، انتخاب روش مقاوم‌سازی است که ضمن رفع محدودیت‌هایی مانند قابلیت ساخت، عملیات ساختمانی و بودجه، استحکام و قابلیت سرویس دهی سازه را افزایش دهد. مقاوم سازی سازه ممکن است به دلیل شرایط مختلف مورد نیاز باشد.

• ممکن است به استحکام بیشتری نیاز باشد تا بارهای بیشتری روی سازه وارد شود. این اغلب زمانی مورد نیاز است که کاربری سازه تغییر کند و ظرفیت تحمل بار بیشتری مورد نیاز باشد. اگر تجهیزات مکانیکی اضافی، سیستم‌های بایگانی، ستون ها یا موارد دیگر به یک سازه اضافه شوند، ممکن است رخ دهد.
• ممکن است برای مقاومت سازه در برابر بارهایی که در طرح اولیه پیش بینی نشده بود، مقاوم سازی مورد نیاز باشد. هنگامی که برای بارهای ناشی از باد و نیروهای لرزه ای یا برای بهبود مقاومت در برابر بار تهاجمی نیاز به استحکام سازه ای است، ممکن است با این مشکل مواجه شویم.
• ممکن است به دلیل نقص در توانایی سازه برای حمل بارهای اولیه طراحی، مقاومت اضافی مورد نیاز باشد. نواقص ممکن است در نتیجه: خرابی (مانند خوردگی آرماتور فولادی و از بین رفتن بخش بتنی)، آسیب ساختاری (به عنوان مثال، ضربه وسیله نقلیه، سایش بیش از حد، بارگذاری بیش از حد، و آتش سوزی)، یا خطا در طراحی یا ساخت اولیه (مانند، میلگرد های تقویت کننده نامناسب یا عدم نصب میلگرد های لازم و مقاومت بتن ناکافی) باشد.

هنگام مواجهه با چنین شرایطی، هر پروژه مجموعه ای از محدودیت ها و خواسته های خاص خود را دارد. خواه پرداختن به محدودیت‌های فضا، محدودیت‌های ساخت‌پذیری، خواسته‌های دوام یا هر تعدادی از مسائل دیگر، هر پروژه به خلاقیت زیادی برای رسیدن به راه‌حل تقویت‌کننده نیاز دارد. این سند به دنبال نشان دادن تکنیک های معمولی تقویت سازه های بتنی است و راهنمایی برای استفاده از این تکنیک ها ارائه می دهد. تکنیک‌های تقویتی مانند بزرگ‌کردن بخش، سیستم‌های باند خارجی، سیستم‌های پس کشش خارجی، و تکیه‌گاه‌های تکمیلی ارائه شده‌اند. ملاحظات مهندسی، روش ها و مواد، ملاحظات دوام، ملاحظات آتش سوزی، کاربردهای میدانی، مزایا و محدودیت ها مورد بحث قرار می گیرند.

مقاوم سازی سازه های موجود همیشه نیازمند تحلیل و طراحی دقیق مهندسی توسط یک مهندس واجد شرایط است. این سند روش‌های مهندسی دقیق تجزیه و تحلیل را ارائه نمی‌کند، بلکه به دنبال آن است که خواننده را از گزینه‌های تقویت‌کننده مختلف آگاه کند و به خواننده در تعیین اینکه کدام روش برای یک پروژه خاص مناسب‌تر است، کمک کند.

 

 ملاحظات عمومی مهندسی در مقاوم سازی

بیشتر تقویت سازه شامل بهبود توانایی عنصر سازه برای مقاومت ایمن در برابر یک یا چند نیروی داخلی زیر ناشی از بارگذاری است: خمش، برش، محوری و پیچش. تقویت یا با کاهش مقدار این نیروها یا با افزایش مقاومت اعضا در برابر آنها انجام می شود. تکنیک‌های تقویت‌کننده معمولی مانند بزرگ‌کردن بخش، تقویت باند خارجی، پس کشش و تکیه‌گاه‌های تکمیلی ممکن است برای دستیابی به استحکام و قابلیت سرویس دهی بهبودیافته استفاده شوند.

سیستم های مقاوم سازی می تواند مقاومت سازه موجود در برابر نیروهای داخلی را به صورت غیرفعال یا فعال بهبود بخشد. سیستم های مقاوم سازی غیرفعال معمولاً تنها زمانی وارد می شوند که بارهای اضافی، فراتر از بارهای موجود در زمان نصب، به سازه وارد شود. اتصال صفحات فولادی یا کامپوزیت های پلیمری تقویت شده با الیاف (FRP) روی اعضای سازه نمونه هایی از سیستم های تقویت غیرفعال هستند.

سیستم‌های تقویت‌کننده فعال معمولاً به‌طور آنی سازه را درگیر می‌کنند و ممکن است با وارد کردن نیروهای خارجی به عضوی که اثرات نیروهای داخلی را خنثی می‌کنند، انجام شوند. نمونه هایی از این امر شامل استفاده از سیستم های پس کشنده خارجی یا جک زدن عضو برای تخلیه یا انتقال بار موجود است. چه منفعل و چه فعال، چالش اصلی دستیابی به رفتار ترکیبی بین ساختار موجود و عناصر تقویت کننده جدید است.

به عنوان جایگزینی برای تقویت یک سازه موجود، استحکام ظاهری یک سازه را می توان عملاً از طریق یک رویکرد “مقاوم سازی مجازی” مانند: 1) کاهش بارهای وارده بر سازه با حذف بار مرده بر روی سازه یا با کاهش بارهای زنده. 2) با نمونه برداری و آزمایش که نشان دهد که خواص مواد بالاتر از آنچه در طرح اصلی در نظر گرفته شده است. یا 3) نشان دادن ظرفیت مورد نیاز با آزمایش بار گذاری در مقیاس کامل، بهبود بخشید.

ظرفیت تحمل بار اعضای تقویت‌شده و تقویت‌نشده با استفاده از اصول پذیرفته‌شده مهندسی محاسبه می‌شود. با این حال، انجام آزمایش‌های بارگذاری برای تأیید ظرفیت حمل بار می‌تواند مفید باشد و گاهی عاقلانه است. آزمایش بار می تواند اطلاعات ارزشمندی در مورد استحکام و عملکرد یک سازه موجود به سادگی با اعمال بار بر روی اعضای سازه ای منتخب و اندازه گیری پاسخ آنها ارائه دهد. تست بار را می توان برای ارزیابی عملکرد اعضای سازه ای خراب، تحت فشار یا تقویت شده استفاده کرد.

همچنین می‌توان از آن برای آزمایش فناوری‌ها و مواد جدید تقویت‌کننده استفاده کرد. آزمایش بار باید توسط یک مهندس واجد شرایط نظارت شود که مسئول تحقیقات میدانی و تحلیلی مقدماتی، انتخاب مناطق آزمایش، تعیین بزرگی آزمایش بار، و ارزیابی عملکرد عنصر سازه در طول و پس از اتمام آزمایش است. برای رویه‌های انجام آزمایش‌های بار در محل و معیارهای ارزیابی عملکرد، خواننده باید به انتشارات مؤسسه بتن آمریکا ( ACI) [  ACI 318 و ACI 437R  ]مراجعه کند.

 

 

انتخاب مناسب ترین روش برای تقویت مستلزم بررسی دقیق عوامل بسیاری از جمله مسائل مهندسی زیر است

• افزایش مقاومت.
• اثر تغییرات در سختی نسبی اعضا.
• اندازه پروژه (روش های مربوط به مواد و روش های خاص ممکن است در پروژه های کوچک مقرون به صرفه تر باشند).
• شرایط محیطی (روش های استفاده از چسب ممکن است برای کاربرد در محیط های با دمای بالا نامناسب باشد، روش های فولاد خارجی ممکن است در محیط های خورنده مناسب نباشند).
• استحکام بتن در محل و یکپارچگی بستر (اثربخشی روش‌های متکی به اتصال به بتن موجود می‌تواند به طور قابل توجهی با مقاومت کم بتن محدود شود).
• محدودیت های بعدی/فضای آزاد (بزرگ شدن بخش ممکن است با درجه ای که بزرگ شدن می تواند به فضای خالی اطراف تجاوز کند محدود شود).
• دسترسی؛
• محدودیت های عملیاتی (روش هایی که به زمان ساخت و ساز طولانی تری نیاز دارند ممکن است برای کاربردهایی که در آن عملیات ساختمان باید در حین ساخت تعطیل شود، کمتر مطلوب باشد).
• در دسترس بودن مواد، تجهیزات و پیمانکاران واجد شرایط؛
• هزینه ساخت، هزینه های نگهداری و هزینه های چرخه عمر. و
• آزمایش بارگذاری برای تأیید ظرفیت موجود یا ارزیابی تکنیک ها و مواد جدید.

اولین گام در مهندسی هر فعالیت تقویتی، ارزیابی وضعیت سازه موجود و اجزای آن است. هدف از ارزیابی وضعیت، شناسایی انواع و وسعت هر گونه خرابی و آسیب و تشخیص علل آن است. ارزیابی شرایط توسط یک تحلیل ساختاری برای مقایسه ظرفیت موجود با تقاضای مقاومت دنبال می‌شود. هنگامی که انواع و وسعت کمبودهای ساختاری شناسایی شد، می توان یک استراتژی تقویتی ایجاد کرد. در ادامه مراحل مختلف و نقاط تصمیم گیری در فرآیند طراحی تقویت معمولی توضیح داده شده است.

فرآیند طراحی تقویت و مقاوم سازی سازه های بتنی

این بخش به تشریح مراحل معمولی می‌پردازد که ممکن است برای پروژه‌های مقاوم‌سازی سازه برای اطمینان از راه‌حل مقاوم‌سازی مؤثر، بادوام و مقرون‌به‌صرفه مورد استفاده قرار گیرند. هدف اصلی برجسته کردن مسائل اصلی طراحی و تقویت تکنیک های انتخاب، و همچنین محدودیت هایی است که ممکن است در طول یک پروژه تقویت معمولی با آن مواجه شود.

 

ارزیابی وضعیت سازه

اولین قدم در هر پروژه تقویتی، ایجاد درک محکمی از ساختار موجود و شرایط آن است. این را می توان با مطالعه نقشه های موجود (یا نقشه های ساخته شده، در صورت وجود)، گزارش ها و محاسبات، تأیید شده توسط بازرسی در محل، و همچنین تعیین تاریخچه بارگذاری و ویژگی های مصالح سازه به دست آورد. دستورالعمل‌های ارزیابی وضعیت سازه‌های بتنی در ACI 364.1R، «راهنمای ارزیابی سازه‌های بتنی قبل از بازسازی» و SEI-ASCE 11-99، «راهنمای ارزیابی وضعیت سازه‌های ساختمان‌های موجود» آمده است.

تحلیل ساختاری

تجزیه و تحلیل سازه موجود می تواند برای تعیین ظرفیت باربری موجود عناصر سازه ای مختلف استفاده شود. اینها به نوبه خود با تقاضای بار برای هر یک از اعضای سازه مقایسه می شوند تا نوع و سطح نقص سازه، در صورت وجود، مشخص شود. تحلیل ممکن است برای پیش بینی تغییر شکل های سازه در حین و پس از نصب سیستم تقویت استفاده شود.

در برخی موارد، یک وضعیت ساختاری ناشناخته، مانند شرایط ناشی از افزایش سن و زوال، ممکن است تجزیه و تحلیل را پیچیده کند. در این موارد، آزمایش بارگذاری ممکن است برای به دست آوردن اطلاعات در مورد ظرفیت موجود استفاده شود. آزمایش‌های بارگذاری ممکن است بر اساس فصل 20 ACI 318، «الزامات کد ساختمان برای بتن سازه»، ACI 437R، «ارزیابی مقاومت ساختمان‌های بتنی موجود» یا یک کد ساختمانی محلی انجام شود.

ساختار موجود را تقویت یا تثبیت کنید؟

هنگامی که بارهای اضافی فراتر از ظرفیت اولیه لازم است که توسط برخی از عناصر سازه حمل می شود، مقاوم سازی مورد نیاز است.

تثبیت زمانی لازم است که سازه نیاز به تعمیر دارد تا پس از کاهش ظرفیت به دلیل فرسودگی یا آسیب، سازه نیاز به تعمیر داشته باشد تا شرایط بارگذاری اولیه یا مورد نظر خود را بازیابی کند (نقایص معمولاً مربوط به نقص، خوردگی و آسیب است).

نوع مورد نیاز تقویت را تعیین کنید

اولیه یا تکمیلی

تقویت اولیه – زمانی که بارهای سرویس طراحی (بدون ضریب بار) از مقاومت اسمی یک عنصر تقویت نشده بیشتر شود، سیستم تقویت کننده اولیه در نظر گرفته می شود. این نشان می دهد که سیستم تقویت کننده برای جلوگیری از فروپاشی مورد نیاز است. تعریف این امر بسیار مهم است، زیرا برخی از تکنیک های تقویت ممکن است برای کاربردهای تقویت اولیه مناسب نباشند. سیستم های تقویت اولیه شامل بزرگ شدن بخش، کوتاه کردن دهانه و تکیه گاه های تکمیلی است.

تقویت تکمیلی – زمانی که بارهای خدمات طراحی (بدون فاکتورهای بار) کمتر از ظرفیت موجود یک عنصر تقویت نشده باشد، سیستم تقویت کننده مکمل در نظر گرفته می شود. بدون تقویت، سازه ممکن است بیش از حد تحت تنش قرار گیرد و انحراف و ترک بیش از حد از خود نشان دهد، اما فرو نمی ریزد.

مقاوم سازی فعال یا غیر فعال

مقاوم سازی غیرفعال تکنیک هایی را توصیف می کند که در آن سیستم های اضافه شده تا زمانی که بارهای جدیدی به سازه وارد نشده و تغییر شکل ها رخ دهد، درگیر نمی شوند. نمونه هایی از این تکنیک عبارتند از FRP یا صفحات فولادی با چسب خارجی، بزرگ شدن بخش بتن و همچنین سیستم های دیگر.

تقویت فعال تکنیک هایی را توصیف می کند که در آن سیستم اضافه شده به طور آنی برای حمل بارهای جدید درگیر می شود. این را می توان با استفاده از نوعی پس کشش یا جک کردن سازه قبل از تقویت انجام داد.

تکنیک تقویت مناسب را تعیین کنید

ممکن است چندین تکنیک برای یک کاربرد تقویتی ارزیابی شود. تکنیک‌هایی مانند بزرگ‌کردن بخش، سیستم‌های باند خارجی، پس کشش خارجی و تکیه‌گاه‌های تکمیلی ممکن است برای تثبیت یا تقویت ساختار موجود یا اجزای آن استفاده شود. انتخاب نهایی سیستم تقویت به عوامل زیادی از جمله اثربخشی، قابلیت ساخت، زیبایی شناسی و هزینه بستگی دارد.

وضعیت سازه را در حین نصب ارزیابی کنید

در طول نصب و عمل آوری مواد مورد استفاده در یک سیستم مقاوم‌سازی، اثرات بارگذاری بیش از حد، ارتعاشات، تنش، دمای محیط یا انحرافات باید برای تعیین محدودیت‌های طراحی و توالی ساخت مورد ارزیابی قرار گیرد. در صورت عدم توجه، این شرایط ممکن است برای اثربخشی و دوام سیستم تقویت مضر باشد.

محیط کار را در حین و پس از نصب ارزیابی کنید؟

مسائل ساخت و ساز

• دسترسی به محل کار
• موانع محل کار
• کنترل گرد و غبار و نویز
• چارچوب زمانی نصب
• شرایط محیطی در حین تعمیر

عملیات ساختمانی در حین تعمیر

عملیات ساختمانی ممکن است بر انتخاب یک تکنیک تقویتی تأثیر بگذارد. برخی از تکنیک ها ممکن است گران تر باشند اما به زمان نصب کوتاه تری نیاز دارند.

قرار گرفتن در معرض محیطی پس از نصب

قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی، دما، ساینده یا ضربه به سیستم استحکام بخشی پس از نصب باید در نظر گرفته شود. ممکن است حفاظت اضافی سیستم مورد نیاز باشد.

زیبایی شناسی ساختار ارتقا یافته

ظاهر نهایی سازه ارتقا یافته ممکن است عامل کنترل کننده در انتخاب سیستم مقاوم سازی باشد. ممکن است برای اطمینان از اینکه سیستم تازه نصب شده با محیط اطراف “ترکیب” می شود، تکمیل های اضافی لازم باشد.

بهترین تکنیک تقویت و مقاوم سازی را انتخاب کنید

با استفاده از معیارهای ارزیابی شده در مراحل 1 تا 7، گزینه هایی را تعیین کنید که به بهترین وجه به نتایج دلخواه می رسند. گاهی اوقات، اگرچه اجزای گزینه تقویت ممکن است گران تر باشند، می توانند سریعتر و با وقفه های کمتری در عملیات ساختمان نصب شوند، که می تواند منجر به کاهش هزینه های کلی شود.

 

طراحی نهایی و جزئیات را انجام دهید

هنگامی که سیستم مقاوم سازی سازه انتخاب شد، مهندسی نهایی ممکن است انجام شود. این ممکن است شامل موارد زیر باشد:

• طراحی نهایی و جزئیات تقویت
• بررسی قابلیت سرویس
• بارهای ساخت و ساز و توالی
• کنترل کیفیت
• مشخصات پروژه: تجویزی، مبتنی بر عملکرد، یا طراحی