مقاوم‌سازی دال بتنی با استفاده از FRP (الیاف پلیمری تقویت‌شده) به عنوان یکی از روش های مقاوم سازی با الیاف frp به منظور افزایش قدرت و مقاومت دال در برابر بارهای مختلف انجام می‌شود. در این روش، لایه‌هایی از الیاف frp (اف آر پی) که شامل الیاف های های کامپوزیتی تقویت‌شده با چسبنده خاص هستند، به سطح دال بتنی افزوده می‌شوند. این الیاف ها باعث افزایش قدرت تحمل بارها و بهبود مقاومت دال می‌شوند.
این فرآیند معمولاً در شرایطی که نیاز به افزایش ظرفیت باربری یا بهبود مقاومت سازه باشد (مانند در مواجهه با زلزله یا خستگی ساختاری) اجرا می‌شود. امروزه قیمت مقاوم سازی دال بتنی با FRP در مقایسه با سایر روش های مقاوم سازی ساختمان بتنی بسیار پایین بوده و نحوه اجرای آن بسیار آسان و ارزان می‌باشد.
مقاوم‌سازی دال‌های ساختمانی با استفاده از روش FRP به عنوان یک روش کارآمد و اقتصادی جهت بهبود قابلیت‌های مکانیکی دال‌ها صورت می‌گیرد. در این فرآیند، مواد مرکب FRP به صورت نوارها یا صفحاتی بر روی سطوح تحت کشش دال قرار می‌گیرند تا مقاومت خمشی آنها را افزایش دهند. برای دال‌های یک طرفه با تکیه گاه ساده، نوارها یا صفحات FRP به طولی اجرا می‌شوند و در صورت داشتن تکیه گاه گیردار، تقویت باید در قسمت فوقانی دال نیز اجرا گردد.
علاوه بر افزایش مقاومت خمشی، مقاوم‌سازی دال بتنی با FRP به منظور افزایش ظرفیت برشی در اطراف ستون‌ها، بهبود مقاومت برشی دو طرفه اتصالات، و تقویت مناطق اطراف بازشوها نیز انجام می‌شود. این فرآیند از ورق‌های CFRP در ناحیه کششی اتصال دال استفاده می‌کند تا ترک‌های برشی را با افزایش مقاومت خمشی دال در مجاورت ستون به تعویق بیاندازد.
با توجه به ضخامت کم ورقه‌های FRP (تقریباً 0.5 اینچ یا 1.3 میلی‌متر)، این ورق‌ها به راحتی می‌توانند تحت پوشش کف پنهان شوند. استفاده از این روش، همچنین باعث کاهش هزینه‌ها و افزایش اقتصادی نسبت به روش‌های معمول دیگر گردیده است. مهندسان شرکت مقاوم‌سازی آشیان پی با ارجاع به آئین‌نامه‌های داخلی و بین‌المللی نظیر ACI 440.2R، با دقت نوارها و جهت‌گیری فیبرها در هر لایه FRP را طراحی و محاسبه نموده و محاسبات مهندسی و اقتصادی را برای ترمیم و مقاوم‌سازی دال بتنی با CFRP ارائه می‌دهند.
کاربرد مصالح FRP در دال بتنی کدام است؟
کاربرد مصالح FRP در مقاوم سازی دال بتنی با FRP به منظور افزایش مقاومت و بهبود عملکرد سازه‌ها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. انواع سقف‌ها و کف‌های سازه‌ای که امکان مقاوم‌سازی با مصالح FRP را دارند عبارتند از:
سقف‌های کامپوزیت: استفاده از FRP در سازه‌های کامپوزیت، به ویژه در سطح‌های کف و سقف، به افزایش مقاومت و استحکام سازه کمک می‌کند.
دال یک طرفه بتنی: مصالح FRP می‌توانند به شکل نوارها یا صفحات در سطوح تحتانی دال یک طرفه بتنی چسبیده شده و مقاومت خمشی آن را بهبود بخشند.
دال دو طرفه بتنی: در دال‌های دو طرفه بتنی، امکان مقاوم‌سازی با FRP در هر دو جهت صورت می‌پذیرد، از جمله تقویت نواحی فوقانی دال در صورت تکیه‌گاه‌ها.
سقف‌های طاق ضربی: ساختارهای طاق ضربی نیز از کاربردهای مصالح FRP برای بهسازی و تقویت استفاده می‌کنند.
سقف‌های تیرچه بلوک: با اعمال لایه‌های FRP بر روی سطح‌های تحتانی سازه‌های تیرچه بلوک، مقاومت و پایداری سازه افزایش می‌یابد.
سقف‌های تیرچه کرومیت: سازه‌های تیرچه کرومیت نیز می‌توانند با اعمال مصالح FRP در سازه مقاوم‌سازی شده و بهبود یابند.
با این رویکرد، استفاده از مصالح FRP در دال بتنی و سازه‌های مختلف به عنوان یک روش موثر در ارتقاء عملکرد و مقاومت این اجزا سازه‌ها مدنظر است.
دلایل اصلی استفاده از سیستم مقاوم سازی دال بتنی با FRP
سیستم تقویت دال بتنی با استفاده از پلیمرهای تقویت شده با فیبر (FRP) برای تقویت سازه‌های بتنی مورد استفاده قرار می‌گیرد. الیاف FRP پس از خشک شدن به عنوان یک قسمت جدا ناپذیر از عنصر سازه و به عنوان یک سیستم تقویت خارجی بر روی سطح دال عمل می‌نماید. اتصال بین سیستم FRP و بتن موجود بسیار حیاتی است و برای بیشتر برنامه‌ها، آماده‌سازی سطح امری مهم است.
قبل از نصب FRP، هر گونه فرسایش یا زنگ‌زدگی موجود در تقویت داخلی بتن باید حل گردد. سیستم‌های FRP ابزار عملی برای تقویت و ارتقاء سازه‌های بتنی هستند و برای تقویت انعطافی، تقویت کششی، تقویت برشی، و بهبود محدوده و انعطاف‌پذیری ستون مورد استفاده قرار می‌گیرند. همچنین، با موفقیت در ارتقاء زلزله‌ای سازه‌های بتنی نیز استفاده شده‌اند.
در مورد دال‌های بتنی، سیستم پلیمر تقویت‌شده با فیبر کربنی (CFRP) به عنوان یک سیستم کارآمد جهت تقویت دال‌ها و سقف‌ها یا اصلاح خطاهای طراحی و ساخت که باعث انحراف و تراشوی اضافی دال‌ها شده‌اند، مورد استفاده قرار می‌گیرد. استفاده از CFRP می‌تواند مدول شکنندگی در منطقه‌های مثبت و منفی متراکم دال را افزایش دهد، سختی برد را افزایش دهد، بار استفاده دال را کاهش دهد، عرض ترک‌ها را کاهش دهد و دوام سازه را بهبود بخشد.
فرآیند تقویت یک دال بتنی با طول بزرگ شامل برداشتن دیوار دال، تعمیر شکستگی‌های سطح دال با استفاده از گرانول‌های شیمیایی، ریختن لمینت بتن پس از تقویت روی سطح دال، و چسباندن پارچه‌های کربنی یک جهته در زیر سطح دال جهت تقویت است. با این حال، لازم به ذکر است که استفاده از FRP در دال‌های بتنی در حال حاضر در مرحله نخستین خود قرار دارد و نیاز به انجام بسیاری از کارهای تجربی و تحلیل نظری دارد، همچنین استانداردها و آیین‌نامه‌های مناسب باید تدوین شوند. پس از تقویت کف با پارچه‌های FRP، حالت شکست به شدت تغییر خواهد یافت و حالت شکست دال‌های بتنی از نوع کشش-انعطافی گسترده می‌شود، درحالی‌که انعطاف دال‌های تقویت‌شده به شدت کاهش می‌یابد.
مزایا و خصوصیات مقاوم سازی دال بتنی با FRP
مزایا و ویژگی‌های مقاوم سازی دال بتنی با استفاده از پلیمرهای تقویت‌شده با فیبر (FRP) در تقویت دال بتنی عبارتند از:
افزایش استحکام: FRP
، به ویژه پلیمرهای تقویت‌شده با فیبر کربنی (CFRP)، ویژگی‌های مکانیکی برتری دارد که شامل استحکام کششی، سختی و دوام بالاتر نسبت به مواد سنتی مانند فولاد می‌شود. این موارد باعث افزایش استحکام خمشی در نواحی مثبت و منفی دال می‌شود.
انعطاف‌پذیری: FRP
به دلیل انعطاف‌پذیری خود به هر هندسه‌ای سازگار است. این می‌تواند به سطوح منحنی متناسب باشد، به اطراف ستون‌ها پیچیده شود و در فضاهای تنگ نیز استفاده شود.
نسبت استحکام به وزن بالا:
نسبت استحکام به وزن فیبر کربن، حدود ده برابر آلیاژ فولاد است که این امر آن را به یک ماده سبک ولی مستحکم تبدیل می‌کند.
مقاومت به خوردگی:
مؤلفه رزین اپوکسی در ترکیب FRP مقاومت بیشتری نسبت به خوردگی از آب و مواد شیمیایی نسبت به فولاد دارد، که نیاز به نگهداری کمتر در طول زمان را ایجاد می‌کند.
افزایش سختی و کاهش انحرافات:
FRPمی‌تواند سختی دال را افزایش دهد و انحرافات در بارهای خدمت را کاهش دهد که منجر به کاهش عرض ترک و افزایش دوام می‌شود.
با این حال، در استفاده از FRP برای تقویت باید به موارد زیر توجه شود:
- اتصال بین سیستم FRP و بتن موجود بسیار حیاتی است و آماده‌سازی سطح اساسی برای بیشتر برنامه‌ها ضروری است.
- FRP ماژول الاستیسیته کمی دارد که به معنای کمتر بودن سختی، معمولاً سرویس‌پذیری را کنترل می‌کند.
- زمان مقاومت FRP در برابر آتش و دماهای بالا کمتر از فولاد است.
- مواد FRP گران‌تر از مواد سنتی هستند.
به طور خلاصه، FRP، به ویژه CFRP، ماده بسیار مؤثری برای تقویت دال بتنی است که به دلیل استحکام بالا، انعطاف‌پذیری، مقاومت در برابر خوردگی، و توانایی افزایش سختی دال و کاهش انحرافات پیشنهاد می‌شود
تقویت با FRP برای مقاوم سازی دال بتنی
سیستم FRP (الیاف پلیمری تقویت‌شده)، شامل CFRP (الیاف پلیمری تقویت‌شده با کربن)، یک روش کارآمد برای تقویت سطوح و دال‌های بتنی می‌باشد که به کاهش انحراف و افتان زیاد دال‌ها ناشی از اشکالات طراحی و ساخت پرداخته و از این طریق به بهبود عملکرد سازه‌ها کمک می‌کند. سیستم FRP به مقایسه با روش‌ها و مواد سنتی تقویت بتن، چندین مزیت ارائه می‌دهد. این سیستم به هر هندسه‌ای قابل تطبیق است، وزن سبک دارد، تداخلات کمتری با عملیات تجاری ایجاد می‌کند، به حداقل فضای ارزشمند تأثیر می‌گذارد، و مقاومت به خوردگی بیشتری ارائه می‌دهد.
در فرآیند تقویت دال‌ها با ورق‌های فیبر کربن، فیبرهای کربن با استحکام بالا به ساختار چسبانده می‌شوند و سپس ساختار بخشی از نیرو را به خود اختصاص می‌دهد. این اقدام باعث افزایش توان تحمل بار سازه می‌شود. برای تقویت انعطافی، محصولات تقویت FRP مانند ورق‌ها، تخته‌ها و ایستگاه‌ها به سمت کشش سابسته بتن، سازه‌های سنگی یا چوب با استفاده از رزین اپوکسی (معمولاً) چسبانده می‌شوند.
به هر حال، لازم به ذکر است که با ویژگی‌های مثبت آن، سیستم FRP ممکن است به خستگی و اختضار تدریجی (creep rupture) اختضار داشته باشد که به همراه مدول الاستیسیته کمتر (نسبت به فولاد) ممکن است بر عملکرد بلندمدت آن تأثیر بگذارد.
در نظر گرفتن تقویت با استفاده از سیستم FRP، ضروری است که با یک مهندس سازه مشورت شود تا در زمینه طراحی اجزاء تقویت FRP کمک کند و اطمینان حاصل شود که این روش برای کاربرد خاص موردنظر مناسب است.
از نظر کاربردی،الیافFRP با موفقیت در تقویت ساختمان‌ها، پل‌ها، سیلوها، مخازن، تونل‌ها و لوله‌های زیرزمینی مورداستفاده قرار گرفته‌است. هزینه بالاتر مواد FRP معمولاً با کاهش هزینه‌های نیروی کار، استفاده از تجهیزات و کاهش زمان توقف در طول نصب جبران می‌شود که این امر سیستم FRP را به یک روش اقتصادی‌تر از روش‌های سنتی تقویت تبدیل می‌کند.
تقویت دال های طره ای با کامپوزیت FRP
مقاوم‌سازی دال‌های طره‌ای با استفاده از کامپوزیت FRP یک فرآیند پیچیده و حیاتی برای بهبود عملکرد و استحکام این نوع دال‌ها محسوب می‌شود. اما، می‌بایست به‌وضوح به تفاوت‌های این دال‌ها با دال‌های یک‌طرفه و دو‌طرفه با تکیه‌گاه ساده اشاره کرد. این تفاوت‌ها به ابتدا در لنگر منفی دال ظاهر شده و سپس در اینکه بزرگترین مقدار لنگر در محل تکیه‌گاه رخ می‌دهد، معلوم است. این امور باعث می‌شوند که استفاده از روش‌های سنتی مهاربندی با FRP در انتهای دال به چالش‌هایی برخورد کند.
در دال‌هایی که به صورت کنسول به تیر بزرگ یا دیوار متصل هستند، یک روش ساده برای مهاربندی می‌تواند شامل بالا بردن الیاف FRP یا قرار دادن صفحه FRP تا قسمتی از سطح دیوار باشد. با این حال، مطالعات نشان می‌دهد که این روش در شرایطی که تنش در نوار FRP کم باشد، ممکن است موجب جداشدن قسمت چسبیده شده بر روی دیوار گردد.
برای مهاربندی مؤثر قسمت‌های طره‌ای دال‌ها، یکی از راهکارها استفاده از سوراخ‌های از پیش در دیوارها است که مواد FRP از طریق آنها هدایت می‌شود. روش دیگر نیز تداخل الیاف FRP با سوراخ‌های ایجاد شده از قبل در دیوار است.
یکی از روش‌های معمول برای تأمین طول مهاری الیاف FRP، ادامه دادن الیاف روی دیوار یا ستون و سپس مهار الیاف تحت کشش FRP با استفاده از الیافی که عمود بر روی این الیاف قرار دارند، است. در مواقعی که الیاف روی ستون قرار گرفته‌اند، از دورپیچی FRP نیز می‌توان برای مهار الیاف تحت کشش استفاده کرد.
برای مهاربندی بهتر، یک روش دیگر این است که نوارهای FRP را به سوراخ‌هایی که از قبل در دیوار ایجاد شده‌اند، هدایت کرد. این روش موثری است که در صورت وجود فولاد در مقطع دیوار اجرا می‌شود و با پر کردن سوراخ‌ها با ملات اپوکسی، نقاط ضعف احتمالی را نیز از بین می‌برد.
